Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPH0816668B2 - Manufacturing method of oxygen sensor - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPH0816668B2 - Manufacturing method of oxygen sensor - Google Patents

Manufacturing method of oxygen sensor

Info

Publication number
JPH0816668B2
JPH0816668B2 JP3284043A JP28404391A JPH0816668B2 JP H0816668 B2 JPH0816668 B2 JP H0816668B2 JP 3284043 A JP3284043 A JP 3284043A JP 28404391 A JP28404391 A JP 28404391A JP H0816668 B2 JPH0816668 B2 JP H0816668B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
oxygen sensor
electrode layer
oxygen
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP3284043A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0599895A (en
Inventor
孝文 鹿嶋
克明 中村
功成 石橋
嘉則 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
Original Assignee
Fujikura Ltd
Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd, Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP3284043A priority Critical patent/JPH0816668B2/en
Publication of JPH0599895A publication Critical patent/JPH0599895A/en
Publication of JPH0816668B2 publication Critical patent/JPH0816668B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、固体電解質と電極と
の接合強度を向上させることができる酸素センサの製造
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an oxygen sensor capable of improving the bonding strength between a solid electrolyte and an electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、薄膜型ガスセンサの一例として、
安定化ジルコニアを酸素イオン導電性の固体電解質とし
て用いた薄膜型酸素センサが知られている。該酸素セン
サは、例えばイットリア添加安定化ジルコニア(ZrO
2ー8mol%Y23)の如く、ジルコニア(ZrO2
に安定化剤となるイットリア(Y23)、マグネシア
(MgO)、カルシア(CaO)等の酸化物を数mol
%程度添加して安定化させ固体電解質としたもので、通
常、マグネトロンスパッタ装置等を用いて多孔質のアル
ミナ(Al23)基板上に、多孔質の白金(Pt電極
層、ZrO2ー8mol%等の固体電解質層、多孔質の
Pt電極層を順次積層して作成される。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an example of a thin film gas sensor,
A thin film oxygen sensor using stabilized zirconia as a solid electrolyte having oxygen ion conductivity is known. The oxygen sensor is, for example, yttria-added stabilized zirconia (ZrO 2
2-8mol% Y 2 O 3) as, zirconia (ZrO 2)
A few mol of an oxide such as yttria (Y 2 O 3 ), magnesia (MgO), or calcia (CaO), which is a stabilizer,
% To stabilize it as a solid electrolyte, which is usually formed on a porous alumina (Al 2 O 3 ) substrate by using a magnetron sputtering device or the like and porous platinum (Pt electrode layer, ZrO 2 A solid electrolyte layer of 8 mol% and the like and a porous Pt electrode layer are sequentially laminated to be prepared.

【0003】そして、該酸素センサでは、固体電解質層
を一定の温度に保持し、両Pt電極層間に所定の電圧を
印加した状態にしておくと、多孔質のアルミナ基板を通
して固体電解質層に取り込まれた試料ガス中の酸素が酸
素ポンピング作用により該固体電解質層をイオンとなっ
て流れ、この酸素イオンをキャリアとする電流値から、
前記試料ガス中の酸素濃度が測定される構成である。
In the oxygen sensor, when the solid electrolyte layer is kept at a constant temperature and a predetermined voltage is applied between both Pt electrode layers, it is taken into the solid electrolyte layer through the porous alumina substrate. Oxygen in the sample gas flows as ions in the solid electrolyte layer by the oxygen pumping action, and from the current value using the oxygen ions as carriers,
The configuration is such that the oxygen concentration in the sample gas is measured.

【0004】この酸素センサは、従来のバルク型酸素セ
ンサと比べて、応答速度が速い、低消費電力、小型化が
可能等の優れた特徴があるために、地下室等の密室にお
ける酸欠事故防止、溶鋼中の酸素濃度測定、エンジンや
ボイラー等の燃焼管理、公害計測用等様々な目的に適合
したセンサである。
Since this oxygen sensor has excellent characteristics such as faster response speed, lower power consumption, and smaller size as compared with the conventional bulk type oxygen sensor, it prevents an oxygen deficiency accident in a closed room such as a basement. It is a sensor that is suitable for various purposes such as measuring oxygen concentration in molten steel, managing combustion in engines and boilers, and measuring pollution.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した酸
素センサを製造する場合、単に、Pt電極層、固体電解
質層、Pt電極層を順次積層しているのみであるから、
Pt電極層と固体電解質層との接合強度が非常に弱いと
いう欠点があった。Pt電極層と固体電解質層との間の
接合強度が弱い場合、Pt電極層と固体電解質層との界
面の電気抵抗が非常に大きなものとなり前記固体電解質
層にかかる電圧が所定の電圧より低下してしまうことと
なる。したがって、固体電解質層において酸素ポンピン
グ作用が良好に行われなくなり、酸素センサとしての感
度や応答性が大きく低下することとなり、信頼性が低下
する主要因となる。上記の現象は特に熱サイクルが存在
する場合に顕著である。
By the way, when manufacturing the above-mentioned oxygen sensor, since the Pt electrode layer, the solid electrolyte layer, and the Pt electrode layer are simply sequentially laminated,
There is a drawback that the bonding strength between the Pt electrode layer and the solid electrolyte layer is very weak. When the bonding strength between the Pt electrode layer and the solid electrolyte layer is weak, the electric resistance at the interface between the Pt electrode layer and the solid electrolyte layer becomes very large, and the voltage applied to the solid electrolyte layer falls below a predetermined voltage. Will be lost. Therefore, the oxygen pumping action is not favorably performed in the solid electrolyte layer, and the sensitivity and responsiveness of the oxygen sensor are greatly reduced, which is the main factor of reduced reliability. The above phenomenon is particularly remarkable in the presence of a thermal cycle.

【0006】そこで、前記接合強度を向上させる方法と
して、スパッタされる面を粗面加工して凹凸を形成し接
触面積を増加させる方法が検討されているが、単に接触
面積を増加させただけではPt電極層と固体電解質層と
の接合強度を大幅に高めることはできず、根本的な解決
方法にはなっていない。
Therefore, as a method of improving the bonding strength, a method of roughening the surface to be sputtered to form irregularities to increase the contact area has been studied, but it is not sufficient to simply increase the contact area. The bonding strength between the Pt electrode layer and the solid electrolyte layer cannot be significantly increased, and it is not a fundamental solution.

【0007】また、Pt電極層と固体電解質層からなる
積層体を、例えば1400℃以上の高温において反応さ
せ、Pt電極層と固体電解質層との界面に接合層を形成
する方法も考えられている。しかし、この方法では、反
応温度が非常に高温であることからPt電極層や固体電
解質層が変質する危険性があり、また、耐熱性の点から
用いられる材料が限られてしまうために最適な材料を選
択することが極めて困難なものとなり、製造コストも大
幅にアップするという様々な欠点がある。
Further, a method of reacting a laminate composed of a Pt electrode layer and a solid electrolyte layer at a high temperature of, for example, 1400 ° C. or higher to form a bonding layer at the interface between the Pt electrode layer and the solid electrolyte layer has been considered. . However, in this method, since the reaction temperature is very high, there is a risk that the Pt electrode layer and the solid electrolyte layer may be deteriorated, and the material used is limited from the viewpoint of heat resistance, so it is optimal. There are various drawbacks in that it becomes extremely difficult to select the material and the manufacturing cost is significantly increased.

【0008】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、電極と固体電解質との接合強度を向上さ
せることができ、かつ、高信頼性、小型化、低消費電
力、応答性の向上、低コスト等の優れた特徴を有する
素センサを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances and is capable of improving the bonding strength between an electrode and a solid electrolyte, and has high reliability, downsizing, low power consumption, and responsiveness. Acid with excellent characteristics such as
It is to provide an elementary sensor .

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は次の様な酸素センサの製造方法を採用し
た。すなわち、請求項1記載の酸素センサの製造方法
、3価以下の金属が0.05〜5.0重量%添加さ
れ、焼成することにより酸化されて固体電解質層となる
素固体電解質層と、3価以下の金属が0.05〜5.0
重量%添加され、焼成することにより酸化されて電極層
となる素電極層と、を積層することによって積層体を形
成し、この積層体を酸化性雰囲気中において焼成する
とを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention adopts the following oxygen sensor manufacturing method. That is, in the method for producing an oxygen sensor according to claim 1, 0.05 to 5.0% by weight of trivalent or less metal is added.
The solid electrolyte layer is oxidized by firing and becomes a solid electrolyte layer.
0.05 to 5.0 for the elementary solid electrolyte layer and trivalent or lower metal
The electrode layer is added by weight% and is oxidized by firing.
And the element electrode layer that becomes
Form, characterized by the this <br/> for firing the laminate in an oxidizing atmosphere.

【0010】また、請求項2記載の酸素センサの製造方
法は、請求項1記載の酸素センサの製造方法において、
前記金属は、Cu,Bi,Zn,Cdから選択された少
なくとも1種を含有することを特徴としている。
[0010] In the method of manufacturing the oxygen sensor of claim 2, in the manufacturing method of the oxygen sensor according to claim 1,
The metal is characterized by containing at least one selected from Cu, Bi, Zn and Cd.

【0011】ここで、素固体電解質層に添加する金属の
添加量が下限値を下回る場合には金属酸化物としての添
加効果がみられず、また、上限値を越える場合にはこれ
らの金属酸化物が固体電解質中の格子欠陥となりイオン
導電性を阻害しセンサの感度を低下させるために不適当
である。したがって、金属の添加量は上記の範囲が好ま
しい。
Here, when the amount of the metal added to the solid electrolyte layer is less than the lower limit value, the effect of addition as a metal oxide is not observed, and when it exceeds the upper limit value, these metal oxides are oxidized. It is unsuitable because the substance becomes a lattice defect in the solid electrolyte, impairs ionic conductivity, and reduces the sensitivity of the sensor. Therefore, the amount of metal added is preferably within the above range.

【0012】また、素電極層に添加する金属の添加量が
下限値を下回る場合には金属酸化物としての添加効果が
みられず、また、上限値を越える場合にはこれらの金属
酸化物が高抵抗物質であるために電極層の抵抗値が大き
くなり電極として不適当である。したがって、金属の添
加量は上記の範囲が好ましい。
When the amount of the metal added to the elementary electrode layer is less than the lower limit value, the effect of addition as a metal oxide is not observed, and when it exceeds the upper limit value, these metal oxides are not added. Since it is a high resistance material, the resistance value of the electrode layer becomes large and it is not suitable as an electrode. Therefore, the amount of metal added is preferably within the above range.

【0013】また、前記金属は、前記固体電解質及び前
記電極双方となじみが良く、かつこれらの特性に悪影響
を与えない金属であるCu,Bi,Zn,Cdを少なく
とも1種以上含むことが望ましい。
It is desirable that the metal contains at least one of Cu, Bi, Zn and Cd, which is a metal that is well compatible with both the solid electrolyte and the electrode and does not adversely affect these characteristics.

【0014】[0014]

【作用】この発明の請求項1記載の酸素センサの製造方
法では、素固体電解質層に添加された金属は、酸化性雰
囲気中において焼成することにより酸化されて、金属酸
化物を含有する固体電解質層に変化する。また、素電極
層に添加された金属は、酸化性雰囲気中において焼成す
ることにより酸化されて、金属酸化物を含有する電極層
に変化する。 そして、これらの金属酸化物が固体電解質
層と電極層との双方に存在することになるので、該金属
酸化物を介してこれら二層の界面の接合強度が大幅に向
上する。
In the method of manufacturing an oxygen sensor according to claim 1 of the present invention, the metal added to the solid electrolyte layer is in an oxidizing atmosphere.
Metallic acid that is oxidized by firing in an atmosphere
To a solid electrolyte layer containing a compound. Also, the element electrode
The metal added to the layers should be calcined in an oxidizing atmosphere.
Electrode layer containing metal oxide that is oxidized by
Changes to. And these metal oxides are solid electrolytes
Since it exists in both the layer and the electrode layer, the metal
The bond strength at the interface between these two layers is greatly improved through the oxide.
Go up.

【0015】また、請求項2記載の酸素センサの製造方
法では、前記金属は焼成することにより酸化銅(Cu
O)、亜酸化銅(Cu2O)、酸化ビスマス(Bi23
またはBiO(=Bi23+Bi))、酸化亜鉛(Zn
O)、酸化カドミウム(CdOまたはCdOx(但しx
<1.0))等の金属酸化物に変わり、前記固体 電解
質及び前記電極に介在し、前記固体電解質と前記電極と
の間の接合強度を大幅に向上させる。
Further, in the oxygen sensor manufacturing method according to claim 2, the metal is burned to form copper oxide (Cu).
O), cuprous oxide (Cu 2 O), bismuth oxide (Bi 2 O 3
Or BiO (= Bi 2 O 3 + Bi)), zinc oxide (Zn
O), cadmium oxide (CdO or CdO x (however, x
<1.0)) and other metal oxides, which intervene in the solid electrolyte and the electrode and significantly improve the bonding strength between the solid electrolyte and the electrode.

【0016】ここでは、素固体電解質層は、焼成するこ
とにより酸化されて固体電解質層となるもので、例え
ば、該固体電解質層がイットリア添加安定化ジルコニア
(ZrO2ー8mol%Y23)の場合では、素固体電
解質層は例えばCu,Bi,Zn,Cdの様な3価以下
の金属を0.05〜5.0重量%添加したジルコニウム
(Zr)ー16mol%イットリウム(Y)の混合物に
より構成される。この素固体電解質層は酸化性雰囲気中
において焼成することにより、例えばZrー16mol
%Yは酸化してZrO2ー8mol%Y23に、また、
添加されたCuは酸化してCuOまたはCu2Oに、B
iはBi23またはBiO(=Bi23+Bi)に、Z
nはZnOに、CdはCdOまたはCdOx(但しx<
1.0)にそれぞれ変化し、これらの金属酸化物はZr
2ー8mol%Y23内に均一に分散する。
Here, the elemental solid electrolyte layer is oxidized by firing to become a solid electrolyte layer. For example, the solid electrolyte layer is yttria-added stabilized zirconia (ZrO 2 -8 mol% Y 2 O 3 ). In the case of, the solid electrolyte layer is a mixture of zirconium (Zr) -16 mol% yttrium (Y) containing 0.05 to 5.0% by weight of a metal having a valence of 3 or less such as Cu, Bi, Zn and Cd. It is composed of This elemental solid electrolyte layer is fired in an oxidizing atmosphere to give, for example, Zr-16 mol.
% Y is oxidized to ZrO 2 -8 mol% Y 2 O 3 , and
The added Cu is oxidized to CuO or Cu 2 O, B
i is Bi 2 O 3 or BiO (= Bi 2 O 3 + Bi), and Z
n is ZnO, Cd is CdO or CdO x (where x <
1.0), and these metal oxides are Zr
O uniformly dispersed in 2-8 mol% Y in 2 O 3.

【0017】また、素電極層は、焼成することにより酸
化されて電極層となるもので、例えば、Cu,Bi,Z
n,Cdの様な3価以下の金属を0.05〜5.0重量
%添加した多孔質Pt電極層により構成される。この素
電極層は酸化性雰囲気中において焼成することにより、
例えば、添加されたCuは酸化されてCuOまたはCu
2Oに、BiはBi23またはBiO(=Bi23+B
i)に、ZnはZnOに、CdはCdOまたはCdOx
(但しx<1.0)にそれぞれ変化し、これらの金属酸
化物はPt電極層内に均一に分散する。
The elemental electrode layer is oxidized by firing to become an electrode layer. For example, Cu, Bi, Z
It is composed of a porous Pt electrode layer containing 0.05 to 5.0% by weight of a metal having a valence of 3 or less such as n and Cd. By firing this element electrode layer in an oxidizing atmosphere,
For example, the added Cu is oxidized to CuO or Cu.
2 O, Bi is Bi 2 O 3 or BiO (= Bi 2 O 3 + B
In i), Zn is ZnO, Cd is CdO or CdO x.
(However, x <1.0), and these metal oxides are uniformly dispersed in the Pt electrode layer.

【0018】[0018]

【実施例】以下、この発明の各実施例について説明す
る。 (実施例1)図1に示す様に、マグネトロンスパッタ装
置を用いて、多孔質のアルミナ基板1の上に、Cu及び
Biをそれぞれ1重量%ずつ含む多孔質の素Pt電極層
2、Cu及びBiをそれぞれ1重量%ずつ含むZrー1
6mol%Yからなる素固体電解質層3、Cu及びBi
をそれぞれ1重量%ずつ含む多孔質の素Pt電極層4を
順次積層した。次に、この積層体5をN2ー21〜10
0%O2からなる酸化性雰囲気中において1200℃で
3時間焼成し、薄膜型の酸素センサ(薄膜型ガスセン
サ)6とした。
Embodiments of the present invention will be described below. (Example 1) As shown in FIG. 1, using a magnetron sputtering device, a porous elemental Pt electrode layer 2, Cu and Cu containing 1% by weight each of Cu and Bi was formed on a porous alumina substrate 1. Zr-1 containing 1 wt% of Bi each
6 mol% Y element solid electrolyte layer 3, Cu and Bi
The porous elemental Pt electrode layers 4 containing 1 wt% of each of the above were sequentially laminated. Next, the laminated body 5 N 2 over 21 to 10
A thin film oxygen sensor (thin film gas sensor) 6 was obtained by baking at 1200 ° C. for 3 hours in an oxidizing atmosphere of 0% O 2 .

【0019】図2は酸素センサ6の限界電流特性を示す
図である。ここでは、該酸素センサ6を300℃に加熱
し、Pt電極層2,4間に印加される電圧の大きさを変
化させた場合に得られる電流の大きさをグラフ化した。
図2より、酸素センサ6は良好な限界電流特性を示すこ
とが明白である。
FIG. 2 is a diagram showing the limiting current characteristics of the oxygen sensor 6. Here, the magnitude of the current obtained when the oxygen sensor 6 was heated to 300 ° C. and the magnitude of the voltage applied between the Pt electrode layers 2 and 4 was changed was plotted.
From FIG. 2, it is clear that the oxygen sensor 6 exhibits a good limiting current characteristic.

【0020】(実施例2)マグネトロンスパッタ装置を
用いて、多孔質のアルミナ基板1の上に、Cuを2重量
%含む多孔質の素Pt電極層12、Cuを2重量%含む
Zrー16mol%Yからなる素固体電解質層13、C
uを2重量含む多孔質の素Pt電極層14を順次積層し
た。次に、この積層体15をN2ー21〜100%O2
らなる酸化性雰囲気中において1200℃で3時間焼成
し、薄膜型の酸素センサ(薄膜型ガスセンサ)16とし
た。この酸素センサ16も前記酸素センサ6と同様に良
好な限界電流特性を示すことが明らかであった。
(Example 2) Using a magnetron sputtering apparatus, a porous elemental Pt electrode layer 12 containing 2 wt% of Cu and a Zr-16 mol% containing 2 wt% of Cu on a porous alumina substrate 1. Elementary solid electrolyte layer 13 made of Y, C
A porous elemental Pt electrode layer 14 containing 2 parts by weight of u was sequentially laminated. Next, this laminated body 15 was calcined for 3 hours at 1200 ° C. in an oxidizing atmosphere consisting N 2 over 21-100% O 2, and an oxygen sensor (thin-film gas sensor) 16 of the thin film type. It was clear that this oxygen sensor 16 also exhibits a good limiting current characteristic like the oxygen sensor 6.

【0021】(実施例3)マグネトロンスパッタ装置を
用いて、多孔質のアルミナ基板1の上に、Biを2重量
%含む多孔質の素Pt電極層22、Biを2重量%含む
Zrー16mol%Yからなる素固体電解質層23、B
iを2重量%含む多孔質の素Pt電極層24を順次積層
した。次に、この積層体25をN2ー21〜100%O2
からなる酸化性雰囲気中において1200℃で3時間焼
成し、薄膜型の酸素センサ(薄膜型ガスセンサ)26と
した。この酸素センサ26も前記酸素センサ6,16と
同様に良好な限界電流特性を示すことが明らかであっ
た。
(Example 3) Using a magnetron sputtering apparatus, a porous elemental Pt electrode layer 22 containing 2% by weight of Bi and a Zr-16 mol% containing 2% by weight of Bi on a porous alumina substrate 1. Elementary solid electrolyte layer 23 made of Y, B
Porous elemental Pt electrode layers 24 containing 2% by weight of i were sequentially laminated. Next, the laminated body 25 N 2 over twenty-one to one hundred% O 2
Was fired at 1200 ° C. for 3 hours in an oxidizing atmosphere consisting of to obtain a thin film oxygen sensor (thin film gas sensor) 26. It was apparent that this oxygen sensor 26 also exhibits a good limiting current characteristic, like the oxygen sensors 6 and 16.

【0022】表1は、上記実施例1〜3の酸素センサと
従来例の酸素センサのそれぞれの接合強度を比較したも
のである。ここでは、実施例1〜3の酸素センサにおけ
接合強度の評価は、基板上の積層を格子状に切断して
2×2mmの大きさの試験片を10個作成し、これらの
試験片のPt電極層にテープを貼り付けた後に再びこの
テープを剥離し、Pt電極層が90%以上残っている試
験片の数を求めることにより行った。一方、従来の酸素
センサは、「従来の技術」で説明した材料のジルコニア
イオン伝導体20の両面に、白金によって多孔質に形成
されたアノード電極21及びカソード電極22を積層
し、更にジルコニアイオン伝導体20のカソード電極2
2側に封止ガラス23を介して気体拡散孔24Aを有す
るキャップ24を接合し、かつキャップ24の上面にヒ
ータ25を積層したものであって(図3参照)、この従
来の酸素センサにおける接合強度の評価は、上記実施例
1,2の酸素センサと同様に、ジルコニアイオン伝導体
20の下部側に位置しているアノード電極21を格子状
に切断して2×2mmの大きさの試験片を10個とし、
これらの試験片のPt電極層にテープを張り付けた後に
再びこのテープを剥離し、Pt電極層が90%以上残っ
ている試験片の数を求めることにより行った。
Table 1 compares the bonding strengths of the oxygen sensors of Examples 1 to 3 and the oxygen sensor of the conventional example. Here, in the oxygen sensors of Examples 1 to 3,
The bonding strength was evaluated by cutting the laminate on the substrate into a grid pattern to prepare 10 test pieces each having a size of 2 × 2 mm, and attaching tapes to the Pt electrode layers of these test pieces, and then again The tape was peeled off, and the number of test pieces in which 90% or more of the Pt electrode layer remained was determined. On the other hand, conventional oxygen
The sensor is zirconia of the material described in "Prior Art".
Platinum is formed on both sides of the ion conductor 20 to be porous.
Laminated anode electrode 21 and cathode electrode 22
In addition, the cathode electrode 2 of the zirconia ion conductor 20
There is a gas diffusion hole 24A on the second side through the sealing glass 23.
The cap 24 that is attached to the
Data 25 is laminated (see FIG. 3).
The bonding strength of conventional oxygen sensors was evaluated using the above-mentioned example.
Like the oxygen sensors 1 and 2, the zirconia ion conductor
Anode electrode 21 located on the lower side of 20
Cut into 10 pieces of 2 x 2 mm size,
After applying the tape to the Pt electrode layer of these test pieces,
The tape was peeled off again, and 90% or more of the Pt electrode layer remained.
It was carried out by determining the number of test pieces that are present.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】表1から、この実施例1〜3の酸素センサ
は従来例の酸素センサと比べてPt電極層と固体電解質
層との接合強度が大幅に向上していることが明白であ
る。
From Table 1, it is clear that the oxygen sensors of Examples 1 to 3 have a greatly improved bonding strength between the Pt electrode layer and the solid electrolyte layer as compared with the oxygen sensors of the conventional examples.

【0025】以上説明した様に、上記実施例の酸素セン
サ6(16,26)の製造方法によれば、Cu及びBi
またはCu及びBiのうちいずれか1種を0.05〜
5.0重量%含有する素Pt電極層2(12,22)
と、Cu及びBiまたはCu及びBiのうちいずれか1
種を0.05〜5.0重量%含有するZrー16mol
%Yからなる素固体電解質層3(13,23)と、Cu
及びBiまたはCu及びBiのうちいずれか1種を0.
05〜5.0重量%含有する素Pt電極層4(14,2
4)を積層し、得られた積層体5(15,25)を酸化
性雰囲気中において焼成し、素固体電解質層3(13,
23)を固体電解質層に、素Pt電極層2(12,2
2)及び素Pt電極層4(14,24)をPt電極層に
それぞれ変化させ、この固体電解質層と電極層とを接合
することとしたので、CuOやBi23等の金属酸化物
が固体電解質層と電極層双方に介在し、これらの層の界
面の接合強度を大幅に向上させることができる。したが
って、薄膜型の酸素センサの感度、応答性等の電気特
性、長期寿命特性等の信頼性を大幅に向上させることが
できる。
As described above, according to the method of manufacturing the oxygen sensor 6 (16, 26) of the above embodiment, Cu and Bi are contained.
Alternatively, one of Cu and Bi is 0.05 to
Elementary Pt electrode layer 2 (12, 22) containing 5.0% by weight
And one of Cu and Bi or Cu and Bi
Zr-16 mol containing 0.05 to 5.0% by weight of seeds
% Solid Y electrolyte layer 3 (13, 23), and Cu
And Bi or Cu and Bi to 0.
Elementary Pt electrode layer 4 (14,2) containing 05 to 5.0 wt%
4) is laminated, and the obtained laminated body 5 (15, 25) is fired in an oxidizing atmosphere to obtain a solid electrolyte layer 3 (13,
23) as the solid electrolyte layer and the elemental Pt electrode layer 2 (12, 2).
2) and the elemental Pt electrode layer 4 (14, 24) are changed to Pt electrode layers, and the solid electrolyte layer and the electrode layer are bonded to each other. Therefore, metal oxides such as CuO and Bi 2 O 3 are added. By interposing it in both the solid electrolyte layer and the electrode layer, the bonding strength at the interface between these layers can be greatly improved. Therefore, the reliability of the thin-film oxygen sensor such as sensitivity and responsiveness, electrical characteristics such as long-term life characteristics, and the like can be significantly improved.

【0026】以上により、高信頼性、小型化、低消費電
力、応答性の向上、低コスト等の優れた特徴を有する薄
膜型の酸素センサを提供することが可能になる。
As described above, it is possible to provide a thin film type oxygen sensor having excellent characteristics such as high reliability, downsizing, low power consumption, improved responsiveness, and low cost.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上詳細に説明した様に、請求項1記載
の酸素センサの製造方法であって、3価以下の金属を
0.05〜5.0重量%添加してなる素固体電解質層
と、3価以下の金属を0.05〜5.0重量%添加して
なる素電極層とを積層し、得られた積層体を酸化性雰囲
気中において焼成することとしたので、固体電解質と電
極との界面の接合強度を大幅に向上させることができ
る。したがって、該酸素センサの感度、応答性等の電気
特性、長期寿命特性等の信頼性を大幅に向上させること
ができる。
As described in detail above, claim 1
The method for manufacturing an oxygen sensor of
0.05 to 5.0 wt% is addedElementary solid electrolyte layer
And 0.05 to 5.0% by weight of trivalent or less metal is added
BecomeElementary electrode layerAnd are laminated, and the resulting laminate is placed in an oxidizing atmosphere.
Since it was decided to fire in air, the solid electrolyte and
The joint strength at the interface with the pole can be significantly improved.
It Therefore, the oxygen sensor's sensitivity, responsiveness, etc.
Greatly improve reliability such as characteristics and long-term life characteristics
Can be.

【0028】また、請求項2記載の酸素センサの製造方
法は、請求項1記載の酸素センサの製造方法において、
前記金属は、Cu,Bi,Zn,Cdから選択された少
なくとも1種を含有することとしたので、前記固体電解
質及び前記電極の特性を損なうことなく前記固体電解質
と前記電極との界面の接合強度を大幅に向上させること
ができる。したがって、該酸素センサの感度、応答性等
の電気特性、長期寿命特性等の信頼性を大幅に向上させ
ることができる。
[0028] In the method of manufacturing the oxygen sensor of claim 2, in the manufacturing method of the oxygen sensor according to claim 1,
Since the metal contains at least one selected from Cu, Bi, Zn, and Cd, the bonding strength at the interface between the solid electrolyte and the electrode is not impaired without impairing the characteristics of the solid electrolyte and the electrode. Can be significantly improved. Thus, the sensitivity of the oxygen sensor, the electrical characteristics such as responsiveness, can greatly improve the reliability of such long-life characteristics may.

【0029】以上により、高信頼性、小型化、低消費電
力、応答性の向上、低コスト等の優れた特徴を有する
素センサを提供することが可能になる。
As described above, an acid having excellent characteristics such as high reliability, downsizing, low power consumption, improved responsiveness, and low cost.
It becomes possible to provide an elementary sensor .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の酸素センサの一実施例である酸素
センサを示す正断面図である。
FIG. 1 is a front sectional view showing an oxygen sensor which is an embodiment of the oxygen sensor of the present invention.

【図2】 この発明の酸素センサの一実施例である酸素
センサの限界電流特性を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a limiting current characteristic of an oxygen sensor which is an embodiment of the oxygen sensor of the present invention.

【図3】 表1の実験例において、実施例1〜3の酸素
センサと比較される従来の酸素センサを示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a conventional oxygen sensor compared with the oxygen sensors of Examples 1 to 3 in the experimental example of Table 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6,16,26…酸素センサ、1…基板、2,4,1
2,14,22,24…(素)Pt電極層、3,13,
23…(素)固体電解質層
6, 16, 26 ... Oxygen sensor, 1 ... Substrate, 2, 4, 1
2, 14, 22, 24 ... (Elementary) Pt electrode layer , 3, 13,
23 ... (Elementary) solid electrolyte layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 功成 東京都江東区木場一丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 加藤 嘉則 東京都江東区木場一丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−167461(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Issei Ishibashi 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Within Fujikura Electric Wire Co., Ltd. (72) Inventor Yoshinori Kato 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Electric Wire Co., Ltd. (56) Reference JP-A-2-167461 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多孔質な基板上に、電極が両面に積層さ
れた固体電解質が設けられ、該固体電解質内に多孔質な
基板を通じて制限的に取り込まれた試料ガス中の酸素濃
度を、該固体電解質の酸素ポンピング作用によってイオ
ン電流として測定するようにした酸素センサの製造方法
であって、3価以下の金属が0.05〜5.0重量%添加され、焼
成することにより酸化されて固体電解質層となる素固体
電解質層と、 3価以下の金属が0.05〜5.0重量%添加され、焼
成することにより酸化されて電極層となる素電極層と、
を積層することによって積層体を形成し、 該積層体を酸化性雰囲気中において焼成することを特徴
とする酸素センサの製造方法。
1. A solid electrolyte, in which electrodes are laminated on both surfaces, is provided on a porous substrate, and the oxygen concentration in a sample gas, which is limitedly taken into the solid electrolyte through the porous substrate, is measured. A method for manufacturing an oxygen sensor, wherein an oxygen current is measured by an oxygen pumping action of a solid electrolyte, wherein 0.05 to 5.0% by weight of a metal having a valence of 3 or less is added,
Elementary solid that is oxidized to form a solid electrolyte layer
The electrolyte layer and trivalent or lower metal are added in an amount of 0.05 to 5.0% by weight and baked.
An elemental electrode layer which is oxidized by forming the electrode layer and
A method for manufacturing an oxygen sensor, characterized in that a laminated body is formed by laminating the laminated bodies, and the laminated body is fired in an oxidizing atmosphere.
【請求項2】 前記金属は、銅(Cu)、ビスマス(B
i)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)から選択され
た少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1
記載の酸素センサの製造方法
2. The metal is copper (Cu) or bismuth (B).
2. At least one selected from i), zinc (Zn), and cadmium (Cd) is contained.
A method for manufacturing the oxygen sensor described above.
JP3284043A 1991-10-04 1991-10-04 Manufacturing method of oxygen sensor Expired - Fee Related JPH0816668B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3284043A JPH0816668B2 (en) 1991-10-04 1991-10-04 Manufacturing method of oxygen sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3284043A JPH0816668B2 (en) 1991-10-04 1991-10-04 Manufacturing method of oxygen sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0599895A JPH0599895A (en) 1993-04-23
JPH0816668B2 true JPH0816668B2 (en) 1996-02-21

Family

ID=17673557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3284043A Expired - Fee Related JPH0816668B2 (en) 1991-10-04 1991-10-04 Manufacturing method of oxygen sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0816668B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2504675B2 (en) * 1992-09-18 1996-06-05 株式会社フジクラ Method for manufacturing ionic conductor device
JP5333527B2 (en) * 2011-06-20 2013-11-06 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of oxygen sensor
JP5799649B2 (en) 2011-08-10 2015-10-28 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of oxygen sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0599895A (en) 1993-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2404488C2 (en) Multilayer coating
KR100186895B1 (en) Lithium ion-conductive glass film and thin carbon dioxide gas sensor using the same film
US5181007A (en) Ptc temperature sensor for use in an exhaust gas system
JP2003531711A5 (en)
EP0194380B1 (en) Support tubes for electrochemical cells
JPS6126022B2 (en)
JP2006126056A (en) Carbon dioxide sensor
WO1998032007A1 (en) Nitrogen oxides detection method, and sensor element for detection of nitrogen oxides
JPH0816668B2 (en) Manufacturing method of oxygen sensor
US5720864A (en) Electrochemical device
JP3533334B2 (en) Carbon dioxide sensor and method for measuring carbon dioxide concentration
JPH0816667B2 (en) Manufacturing method of oxygen sensor
JP2000338078A (en) Heater-integrated oxygen sensor and method of manufacturing the same
JPH0599892A (en) Thin film gas sensor
JPH067119B2 (en) Air-fuel ratio sensor
JP3268039B2 (en) Solid electrolyte type carbon dioxide sensor element
JP3052860B2 (en) Manufacturing method of electrochemical element
JP3495607B2 (en) Carbon dioxide sensor
JPH08136497A (en) Electrochemical element
JPH05105536A (en) Method for joining metal and solid electrolyte
JP3514970B2 (en) Carbon dioxide sensor and method of manufacturing the same
JP2004239832A (en) Carbon dioxide sensor
JP2516122B2 (en) Method of joining metal and solid electrolyte
JP3068658B2 (en) Heated gas sensor
JP2000329729A (en) Composite solid electrolyte device

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19960806

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080221

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090221

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100221

Year of fee payment: 14

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees