DE102004035826A1

DE102004035826A1 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats

Info

Publication number: DE102004035826A1
Application number: DE200410035826
Authority: DE
Inventors: Kazunori Kariya Suzuki; Namitsugu Kariya Fujii; Shoichiro Kariya Emmei; Atsushi Kariya Iwata; Katsumi Kariya Kozaki; Yoshihiro Kariya Kinoshita
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2005-03-17
Also published as: US20050016258A1; JP2005331489A

Abstract

Ein keramisches Laminat schließt eine erste keramische Schicht (14) und eine zweite keramische Schicht (13) ein, welche über eine Verbindungsschicht (3) miteinander laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Ein Verfahren zum Bilden dieses keramischen Laminats schließt einen Schritt des Bildens der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien (24, 23), einen Schritt des Beschichtens einer die Verbindungsschicht bildenden Paste (31) auf der die zweite Schicht bildenden Grünfolie (23), und einen Schritt des integralen Verbindens der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie (24) mit der die Verbindungsschicht bildenden Paste (31) zu einem laminierten Körper ein und dann Sintern des laminierten Körpers.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats, das eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, die über eine Verbindungsschicht miteinander laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das gemäß dieser Erfindung hergestellte keramische Laminat wird als vielschichtiger Gasmeßfühler verwendet.

Ein vielschichtiger Gasmeßfühler besteht im allgemeinen aus einer Vielzahl von keramischen Schichten. Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2002-340848 offenbart zum Beispiel einen herkömmlichen vielschichtigen Gasmeßfühler, der einen Heizer, welcher ein wärmeerzeugendes Element beinhaltet, einen Abstandhalter zum Begrenzen einer Bezugsgaskammer, eine Festelektrolytschicht, einen Abstandhalter zum Begrenzen einer Meßgaskammer, eine Diffusionswiderstandsschicht und eine dichte Schicht einschließt, die miteinander laminiert sind. Eine Verbindungsschicht liegt zwischen dem Heizer und dem Abstandhalter zum Begrenzen der Meßgaskammer. Eine Verbindungsschicht liegt zwischen dem Abstandhalter zum Begrenzen der Bezugsgaskammer und der Festelektrolytschicht. Eine Verbindungsschicht liegt zwischen dem Abstandhalter zum Begrenzen der Meßgaskammer und der Diffusionswiderstandsschicht.

Das Verfahren zur Herstellung dieses Gasmeßfühlers schließt einen Schritt des Verbindens und Integrierens zweier Grünfolien über eine Verbindungsschicht zu einem noch nicht gesinterten keramischen Laminat und einen Schritt des Sintern dieses keramischen Laminats ein. Die Diffusionswiderstandsschicht ist eine poröse keramische Schicht, welche für Gas und Wasser durchlässig ist. Der Abstandhalter zum Begrenzen der Meßgaskammer ist eine dichte keramische Schicht, welche für Gas und Wasser undurchlässig ist.

Der vielschichtige Gasmeßfühler erzeugt jedoch häufig Risse und Absplitterungen aufgrund des Fehlens von Beständigkeit. Das Eliminieren dieser Risse und Absplitterungen ist für das Sicherstellen einer langen Lebensdauer des vielschichtigen Gasmeßfühlers wichtig.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats, welches im wesentlichen keine Risse oder Absplitterungen hervorruft und demzufolge fähig ist, eine exzellente Beständigkeit sicherzustellen.

Die vorliegende Erfindung stellt ein erstes Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats zur Verfügung, welches eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, die über eine Verbindungsschicht miteinander laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das erste Herstellungsverfahren dieser Erfindung schließt einen ersten Schritt des Bildens der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien, einen zweiten Schritt des Beschichtens einer eine Verbindungsschicht bildenden Paste auf der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie, und einen dritten Schritt des integralen Verbindens der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie mit der die Verbindungsschicht bildenden Paste zu einem laminierten Körper und dann Sintern des laminierten Körpers ein.

Die Erfinder dieser Erfindung haben, beruhend auf den Ergebnissen von enthusiastisch durchgeführten Forschungen und Prüfungen, geschlossen, daß Luftblasen, die entlang der Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der zweiten keramischen Schicht verbleiben, eine wichtige Rolle für den Mechanismus des Hervorrufens von Rissen und Absplitterungen haben.

Gemäß eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens wird die die Verbindungsschicht bildende Paste auf die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie beschichtet. Dann werden die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie und die die zweite keramische Schicht bildende Grünfolie zu einer laminierten Anordnung mit der die Verbindungsschicht bildenden Paste zwischen diesen Grünfolien liegend laminiert. Dann wird die laminierte Anordnung zu einem keramischen Laminat gesintert. In diesem Fall ist es möglich, daß eine unebene Oberfläche auf der die Verbindungsschicht bildenden Paste verbleibt, nachdem die die Verbindungsschicht bildende Paste auf die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie beschichtet wurde. Wenn die die Verbindungsschicht bildende Paste mit einer unebenen Oberfläche mit der Oberseite nach unten auf die die zweite keramische Schicht bildende Grünfolie gelegt wird, verbleibt eine erhebliche Menge Luftblasen zwischen der Verbindungsschicht und der zweiten keramischen Schicht, nachdem die Grünfolien gesintert sind. Die verbleibenden Luftblasen verringern die Verbindungsfestigkeit der Verbindungsschicht, welche zwischen den miteinander zu verbindenden Oberflächen liegt.

Die erste keramische Schicht der vorliegenden Erfindung weist Gaspermeabilität auf. Die die Verbindungsschicht bildende Paste besteht gewöhnlich aus einem viskosen Material, das keramische Körner mit identischer oder ähnlicher Zusammensetzung wie die erste und zweite keramische Schicht enthält, und mit einem Binder in einem Pastenzustand gemischt wird. Der Binder verflüchtigt sich durch den Sintervorgang. Demzufolge bleiben beidseitig eingeschlossene keramische Körner nach dem Abschluß des Sintervorgangs zurück. Die Verbindungsschicht ist daher relativ porös und gaspermeabel.

Es wird nun angenommen, daß ein Wasserdampf enthaltendes Gas in die erste keramische Schicht eintritt. Die erste keramische Schicht ist gaspermeabel und die Verbindungsschicht ist relativ gaspermeabel. Demzufolge durchläuft das Wasserdampf enthaltende Gas die erste keramische Schicht und die Verbindungsschicht hintereinander und kann Luftblasen erreichen, welche zwischen der Verbindungsschicht und der zweiten keramischen Schicht verbleiben. Die zweite keramische Schicht ist gasimpermeabel und folglich siedelt sich das Gas in den Luftblasen an. Wenn die Umgebungstemperatur der Luftblasen sinkt, kondensiert der in dem Gas enthaltene Wasserdampf zu Wassertropfen. Die Wassertropfen verbleiben in den Luftblasen. Danach werden die Wassertropfen wieder zu Wasserdampf, wenn die Umgebungstemperatur der Luftblasen ansteigt. Der Druck in den Luftblasen steigt aufgrund der thermischen Ausdehnung an. Der angestiegene Innendruck der Luftblasen schält zwangsläufig die Verbindungsschicht von der zweiten keramischen Schicht ab. Als Ergebnis treten Risse und Absplitterungen in der Nähe der Luftblasen auf.

Um die sich aus den vorstehenden Gründen ergebenden Risse und Absplitterungen zu eliminieren, haben die Erfinder dieser Erfindung ein keramisches Laminat experimentell hergestellt durch zunächst Beschichten der die Verbindungsschicht bildenden Paste auf einer Oberfläche der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie und dann Laminieren der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie auf die Oberfläche der die Verbindungsschicht bildenden Paste zu einer laminierten Anordnung und abschließend Sintern der laminierten Anordnung. In diesem Fall kann die die Verbindungsschicht bildende Paste eine unebene Oberfläche haben. Diese unebene Oberfläche liegt jedoch der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie gegenüber. Demzufolge bleiben Luftblasen zwischen der ersten keramischen Schicht und der Verbindungsschicht des gemäß dieses ersten Herstellungsverfahrens hergestellten keramischen Laminats zurück.

Das von der Außenseite eintretende, Wasserdampf enthaltende Gas durchläuft die erste keramische Schicht und erreicht die Luftblasen und kondensiert dort dann zu Wassertropfen. Danach wird, in Übereinstimmung mit dem Anstieg der Umgebungstemperatur der Luftblasen, der Wassertropfen wieder zu Wasserdampf. Das Element, welches direkt über den Luftblasen angeordnet ist, ist die erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität. Der Wasserdampf durchdringt sanft die erste keramische Schicht und verläßt den keramischen Körper. Der Innendruck der Luftblasen steigt nicht an.

Demzufolge kann das erste Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein keramisches Laminat erhalten, welches fähig ist, den Innendruck der Luftblasen in angemessener Weise zurückzuhalten und demzufolge frei von Rissen und Absplitterungen ist.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein zweites Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats gemäß eines Verfahrens zur Verfügung, das zahlreiche Stücke aufnimmt (numerous-pieces-taken method). Das keramische Laminat schließt eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht ein, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das Verfahren dieser Erfindung, das zahlreiche Stücke aufnimmt, schließt die folgenden Schritte 1 bis 5 ein. Der erste Schritt ist das Bilden der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie (numerous-pieces-taken base sheet) zum Bilden der ersten und zweiten keramischen Schicht. Der zweite Schritt ist das Abscheiden der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie auf einem unteren Gesenk. Der dritte Schritt ist das Abscheiden der ersten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie auf einer Oberfläche eines oberen Gesenks mit einer eine Verbindungsschicht bildenden Paste, welche vorher auf der ersten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie beschichtet wurde. Der vierte Schritt ist das Pressen des oberen Gesenks zu dem unteren Gesenk hin oder das Pressen des unteres Gesenks zu dem oberen Gesenk hin, so daß eine integrierte Anordnung der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien erhalten wird, welche miteinander laminiert und verbunden sind, und der fünfte Schritt ist das Zerteilen der integrierten Anordnungen in separate Körper und dann Sintern der separaten Körper. Gemäß des zweiten Herstellungsverfahrens dieser Erfindung ist die Oberfläche des oberen Gesenks eine stumpfwinklige Oberfläche, mit einem Zentralbereich, welcher zu dem unteren Gesenk hin hervorragt und ausgesparten abgeschrägten Bereichen, welche aus dem Zentralbereich zu jeweiligen Randbereichen schrägstehend zurücktreten. In einem Verfahren des integralen Laminierens und Verbindens der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie preßt die stumpfwinklige Oberfläche zunächst ein entsprechendes Zentrum der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie an seinen Zentralbereich. Die stumpfwinklige Oberfläche preßt abschließend entsprechende rechte und linke Randbereiche der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie an ihre Randbereiche, wodurch aufeinanderfolgend die erste und zweite zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie symmetrisch von ihren Zentralbereichen zu entsprechenden rechten und linken Randbereichen gepreßt und integriert werden.

Gemäß des zweiten Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung wird in dem Verfahren des integralen Laminierens und Verbindens der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie die erste zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie zunächst in Kontakt mit der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie in einem Bereich gebracht, welcher dem Zentralbereich der stumpfwinkligen Oberfläche des oberen Gesenks gegenübersteht. Als nächstes kontaktieren sie sich an den benachbarten Bereichen anliegend an dem Zentralbereich der stumpfwinkligen Oberfläche. Der Kontakt zwischen der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie wird in Übereinstimmung mit einer von dem Zentralbereich sich entfernenden Abstand aufeinanderfolgend verschoben. Selbst wenn Luftblasen in einem Raum zwischen der die Verbindungsschicht bildenden Paste und der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie verbleiben, werden demzufolge die übrigen Luftblasen gezwungenermaßen aus dem zuvor gepreßten Bereich zu dem später gepreßten Bereich geschoben. Gemäß des zweiten Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung schreiten die aufeinanderfolgenden Preßvorgänge symmetrisch von dem Zentralbereich zu den rechten und linken Randbereichen der stumpfwinkligen Oberfläche des oberen Gesenks voran. Die in dem Zentralbereich verbleibenden Luftblasen werden aufeinanderfolgend zu den entsprechenden rechten und linken Randbereichen hin herausgeschoben. Als Ergebnis kann das Verfahren des integralen Laminierens und Verbindens der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien fertiggestellt werden, ohne jegliche Luftblasen zwischen ihnen zurückzulassen.

Demzufolge kann das zweite Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein keramisches Laminat zur Verfügung stellen, welches im wesentlichen keine Luftblasen enthält, welche den Innendruck der Verbindungsschicht steigern. Demzufolge kann das zweite Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein keramisches Laminat erhalten, welches fähig ist, den Innendruck der Luftblasen in angemessener Weise zurückzuhalten und demzufolge frei von Rissen und Absplitterungen ist.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein drittes Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats zur Verfügung, welches eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das dritte Herstellungsverfahren dieser Erfindung schließt die folgenden Schritte 1 bis 5 ein. Der erste Schritt ist das Bilden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien. Der zweite Schritt ist das Beschichten einer die Verbindungsschicht bildenden Paste auf der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie. Der dritte Schritt ist das Plazieren der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie auf der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie. Der vierte Schritt ist das integrale Laminieren und Verbinden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie durch nacheinanderfolgendes Pressen der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien in einer einzelnen Richtung von einem Endbereich zu dem anderen Endbereich hin. Und der fünfte Schritt ist das Sintern eines laminierten Körpers, der die die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien einschließt.

Gemäß des dritten Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung werden die die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien nacheinanderfolgend laminiert und verbunden in einer einzelnen Richtung von einem Endbereich zu dem anderen Endbereich, so daß die verbleibenden Luftblasen gezwungenermaßen von dem zuvor gepreßten Bereich zu dem später gepreßten Bereich hin geschoben werden. Als Ergebnis wird die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie integral laminiert und verbunden mit der Verbindungsschicht und der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie, ohne jegliche Luftblasen zwischen ihnen zurückzulassen.

Demzufolge kann das dritte Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein keramisches Laminat zur Verfügung stellen, welches im wesentlichen keine Luftblasen enthält, welche den Innendruck der Verbindungsschicht steigern. Demzufolge kann das dritte Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein keramisches Laminat erhalten, welches fähig ist, den Innendruck der Luftblasen in angemessener Weise zurückzuhalten und demzufolge frei von Rissen und Absplitterungen ist.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein viertes Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats zur Verfügung, welches eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das vierte Herstellungsverfahren dieser Erfindung schließt die folgenden Schritte 1 bis 4 ein. Der erste Schritt ist das Bilden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien. Der zweite Schritt ist das Beschichten einer die Verbindungsschicht bildenden Paste auf die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie mit einer Dicke von 5 bis 150 μm. Der dritte Schritt ist das integrale Laminieren und Verbinden der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie auf die Verbindungsschichtbildende Paste. Und der vierte Schritt ist das Sintern eines laminierten Körpers, welcher die die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien einschließt.

Wie vorstehend beschrieben, bleiben Luftblasen in der Verbindungsschicht nach dem Abschließen des Sintervorgangs der laminierten Anordnung aufgrund der unebenen Oberfläche der die Verbindungsschicht bildenden Paste zurück.

Gemäß des vierten Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung weist die die Verbindungsschicht bildende Paste eine ausreichende Beschichtungsdicke auf, um Wellenformen zu eliminieren, die auf der Oberfläche der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie gebildet wurden, welche die die Verbindungsschicht bildende Paste einschließt. Dies unterdrückt wirksam die Menge der Luftblasen, welche zwischen der die Verbindungsschicht bildenden Paste und der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie verbleiben.

Demzufolge kann das vierte Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein keramisches Laminat zur Verfügung stellen, welches im wesentlichen keine Luftblasen enthält, welche den Innendruck der Verbindungsschicht steigern. Demzufolge kann das vierte Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein keramisches Laminat erreichen, welches fähig ist, den Innendruck der Luftblasen in angemessener Weise zurückzuhalten und demzufolge frei von Rissen und Absplitterungen ist.

Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden nicht erhalten, wenn die Dicke der die Verbindungsschicht bildenden Paste weniger als 5 μm ist. Wenn andererseits die Dicke der die Verbindungsschicht bildenden Paste größer als 150 μm ist, erzeugen die integral mit einem Haftmittel zu einem Laminat angeordneten Folien Positionsverschiebung, wenn dieses Laminat mit einem Schneider in separate Stücke geschnitten wird.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein fünftes Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats zur Verfügung, welches eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das fünfte Herstellungsverfahren dieser Erfindung schließt einen Schritt des Bereitstellens einer Abschirmschicht zwischen der ersten keramischen Schicht und der Verbindungsschicht ein. Die Abschirmschicht weist eine Porosität niedriger als die der ersten keramischen Schicht auf.

Wie vorsehend beschrieben, tritt das Wasserdampf enthaltende Gas in die Luftblasen ein. Der Wasserdampf kondensiert zu Wassertropfen in den Luftblasen. Diese Wassertropfen sind der Hauptgrund für Risse und Absplitterungen. Das fünfte Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung stellt die Abschirmschicht zwischen der Verbindungsschicht und der ersten keramischen Schicht mit Gaspermeabilität zur Verfügung. Die Abschirmschicht verhindert, daß der Wasserdampf in die Luftblasen eintritt. Demzufolge kann das fünfte Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein keramisches Laminat erhalten, welches fähig ist, den Innendruck der Luftblasen in angemessener Weise zurückzuhalten und demzufolge frei von Rissen und Absplitterungen ist.

Die vorliegende Erfindung stellt ein sechstes Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats zur Verfügung, welches eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, welche über eine Verbindungsschicht miteinander laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das sechste Herstellungsverfahren dieser Erfindung schließt die folgenden Schritte 1 bis 5 ein. Der erste Schritt ist das Bilden von die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien. Der zweite Schritt ist das Abscheiden der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie auf einem unteren Gesenk. Der dritte Schritt ist das Abscheiden der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie auf einem oberen Gesenk mit einer die Verbindungsschicht bildenden Paste, welche zuvor auf die die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie beschichtet wurde. Der vierte Schritt ist das Pressen des oberen Gesenks zu dem unteren Gesenk hin oder das Pressen des unteren Gesenks zu dem oberen Gesenk hin, so daß eine integrierte Anordnung der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien erhalten wird, welche miteinander laminiert und verbunden sind, während ein auf dem oberen Gesenk oder dem unteren Gesenk angeordnetes Diaphragma oszilliert wird. Und der fünfte Schritt ist das Sintern der integrierten Anordnung der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien.

Wie vorstehend beschrieben, bleiben die Luftblasen in der Verbindungsschicht nach Abschließen des Sintervorgangs der laminierten Anordnung aufgrund der unebenen Oberfläche der die Verbindungsschicht bildenden Paste zurück. Das sechste Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung oszilliert das obere oder untere Gesenk, auf welchem die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie abgeschieden ist und die darauf beschichtete Verbindungsschichtpaste. Dies ist wirkungsvoll beim Ebenen der Oberfläche der die Verbindungsschicht bildenden Paste. Demzufolge wird es möglich, die Menge der Luftblasen, welche zwischen der die Verbindungsschicht bildenden Paste und der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie verbleiben, zu verringern.

Demzufolge kann das sechste Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein keramisches Laminat herstellen, welches im wesentlichen keine Luftblasen enthält, welche den Innendruck der Verbindungsschicht anheben. Demzufolge kann das sechste Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein keramisches Laminat erhalten, welches fähig ist, den Innendruck der Luftblasen in angemessener Weise zurückzuhalten und demzufolge frei von Rissen und Absplitterungen ist.

Fernerhin stellt die vorliegende Erfindung ein keramisches Laminat zur Verfügung, welches eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, welche über eine Verbindungsschicht miteinander laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Gemäß des keramischen Laminats dieser Erfindung verbleiben entlang einer Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der zweiten keramischen Schicht keine Luftblasen. Luftblasen verbleiben entlang einer Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der ersten keramischen Schicht.

Gemäß dieser Anordnung wird es möglich, ein keramisches Laminat zu erhalten, welches im wesentlichen keine Risse und Absplitterungen erzeugt und daher exzellente Beständigkeit aufweist.

Wie vorstehend beschrieben, gibt es die Möglichkeit, daß Luftblasen zwischen den zu verbindenden Schichten in dem Herstellungsverfahren eines keramischen Laminats verbleiben. Wenn sich die Luftblasen entlang der Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der zweiten keramischen Schicht ansiedeln, treten Risse und Absplitterungen in der Nähe der verbleibenden Luftblasen auf.

Gemäß des keramischen Laminats dieser Erfindung verbleiben jedoch keine Luftblasen in der Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der zweiten keramischen Schicht. Die Luftblasen verbleiben entlang der Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der ersten keramischen Schicht. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf.

Folglich kann Wasserdampf sanft die erste keramische Schicht durchdringen und aus dem keramischen Körper heraustreten, selbst wenn der Wassertropfen in den Luftblasen wieder zu Wasserdampf wird. Der Innendruck der Luftblasen steigt nicht an.

Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung ein keramisches Laminat zur Verfügung, das im wesentlichen keine Risse und Absplitterungen hervorruft und demzufolge eine exzellente Beständigkeit sicherstellen kann.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein vielschichtigen Gasmeßfühler zum Erfassen der Konzentration eines spezifischen Gases in einem Meßgas zur Verfügung. Der vielschichtige Gasmeßfühler schließt ein keramisches Laminat ein, welches eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, welche über eine Verbindungsschicht miteinander laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Keine Luftblasen verbleiben entlang einer Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der zweiten keramischen Schicht. Luftblasen sind entlang einer Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der ersten keramischen Schicht präsent.

Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung ein vielschichtiger Gasmeßfühler zur Verfügung, der im wesentlichen keine Risse und Absplitterungen hervorruft und demzufolge exzellente Beständigkeit sicherstellen kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlicher werden, welche in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu lesen ist, in welchen:
1 eine ebene Ansicht ist, welche einen vielschichtigen Gasmeßfühler zeigt;
2 eine Querschnittsansicht ist, welche den vielschichtigen Gasmeßfühler entlang einer Linie A-A aus 1 zeigt;
3A bis 3E Ansichten sind, welche aufeinanderfolgende Verfahren zur Herstellung eines vielschichtigen Gasmeßfühlers in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklären;
4 eine Querschnittsansicht ist, welche die Bedingung einer Luftblase erklärt, die in einer Verbindungsschicht des vielschichtigen Gasmeßfühlers, der gemäß des in 3A bis 3E gezeigten Herstellungsprozesses gebildet wurde, verbleibt;
5A bis 5E Ansichten sind, welche aufeinanderfolgende Verfahren zur Herstellung eines vielschichtigen Gasmeßfühlers in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Verfahren erklären;
6 eine Querschnittsansicht ist, welche die Bedingung einer Luftblase erklärt, die in einer Verbindungsschicht des vielschichtigen Gasmeßfühlers verbleibt, welcher gemäß des in 5A bis 5B gezeigten Herstellungsverfahrens gebildet wurde;
7 eine ebene Ansicht ist, welche eine angeordnete Einheit zeigt, welche erste und zweite zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolien zeigt, die in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integral laminiert und verbunden sind;
8A bis 8E Ansichten sind, welche aufeinanderfolgende Verfahren zum integralen Laminieren und Verbinden von Grundfolien erklären, welche zwischen unterem und oberem Gesenk in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
9A bis 9D Ansichten sind, welche die Bedingungen für eine die Verbindungsschicht bildende Paste und die zweite zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie während eines Preßvorgangs in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklären;
10 eine perspektivische Ansicht ist, welche ein oberes Gesenk mit einem stumpfwinkligen elastischen Element in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 eine Ansicht ist, welche das obere und untere Gesenk in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine perspektivische Ansicht ist, welche ein Beispiel des stumpfwinkligen elastischen Elements in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 eine perspektivische Ansicht ist, welche ein anderes Beispiel des stumpfwinkligen elastischen Elements in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 eine perspektivische Ansicht ist, welche ein anderes Beispiel des stumpfwinkligen elastischen Elements in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 eine perspektivische Ansicht ist, welche ein anderes Beispiel des stumpfwinkligen elastischen Elements in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 eine perspektivische Ansicht ist, welche ein herkömmliches oberes Gesenk mit einem flachen elastischen Element zeigt;
17A und 17B Ansichten sind, welche ein Verfahren zum Verbinden der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien über eine dicke, die Verbindungsschicht bildende Paste in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklären;
18A und 18B Ansichten sind, welche ein Verfahren zum Verbinden der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien über eine relativ dünne Verbindungsschicht bildende Paste in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Herstellungsverfahren erklärt;
19 eine graphische Darstellung ist, welche die Gesamtlänge der Gasblasen zeigt, die in einem vielschichtigen Gasmeßfühler verbleiben, welcher gemäß des Verfahrens der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
20 eine graphische Darstellung ist, welche die verbleibende Platinkonzentration in dem vielschichtigen Gasmeßfühler zeigt, welcher gemäß des Verfahrens der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
21 eine graphische Darstellung ist, welche die Gesamtlänge der Gasblasen zeigt, welche in einem vielschichtigen Gasmeßfühler verbleiben, welcher gemäß des Verfahrens der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
22 eine graphische Darstellung ist, die die verbleibende Platinkonzentration in dem vielschichtigen Gasmeßfühler zeigt, der gemäß des Verfahrens der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
23 eine graphische Darstellung ist, welche die Gesamtlänge der Gasblasen zeigt, welche in einem vielschichtigen Gasmeßfühler verbleiben, welcher gemäß des Verfahrens der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
24 eine graphische Darstellung ist, welche die verbleibende Platinkonzentration in dem vielschichtigen Gasmeßfühler zeigt, welcher gemäß des Verfahrens der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
25 eine graphische Darstellung ist, welche die Gesamtlänge der Gasblasen zeigt, die in einem vielschichtigen Gasmeßfühler verbleiben, der gemäß eines herkömmlichen Verfahrens hergestellt wurde;
26 eine graphische Darstellung ist, die eine verbleibende Platinkonzentration in dem vielschichtigen Gasmeßfühler zeigt, der gemäß des herkömmlichen Verfahrens hergestellt wurde;
27 eine graphische Darstellung ist, die das Ergebnis einer Wasserabsorptionsprüfung zur Fehlersuche darstellt;
28 eine graphische Darstellung ist, die das Ergebnis einer Vakuum/Wasserabsorptionsprüfung zur Fehlersuche zeigt;
29 eine graphische Darstellung ist, welche die Beziehung zwischen der Luftblasenmenge und einer verbleibenden Platinkonzentration zeigt, welche in einem vielschichtigen Gasmeßfühler mit einer Abschirmschicht gemessen wurde, welcher in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
30 eine graphische Darstellung ist, welche die Beziehung zwischen der Luftblasenlänge und der verbleibenden Platinkonzentration zeigt, welche in einem vielschichtigen Gasmeßfühler gemessen wurde, der gemäß eines konventionellen Verfahrens hergestellt wurde;
31 eine Ansicht ist, welche Schnittlinien erklärt, die zur Auswertung eines vielschichtigen Gasmeßfühlers festgesetzt wurden, der gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
32 eine graphische Darstellung ist, welche die Anzahl von Gasblasen in einem vielschichtigen Gasmeßfühler zeigt, welcher in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
33 eine graphische Darstellung ist, welche die Größe von Luftblasen zeigt, welche in dem vielschichtigen Gasmeßfühler verbleiben, welcher in Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde; und
34 eine Querschnittsansicht ähnlich der 2 ist, welche aber den vielschichtigen Gasmeßfühler zeigt, welcher in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hiernach unter Bezug auf beigefügte Zeichnungen erklärt.
Das keramische Laminat, welches in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, schließt ein erstes keramisches Laminat ein, welches gaspermeabel, d.h. porös ist, so daß es einem Wasserdampf enthaltenden Gas ermöglicht wird, einzudringen, und schließt ein zweites keramisches Laminat ein, welches gasimpermeabel, d.h. dicht ist, so daß das Wasserdampf enthaltende Gas daran gehindert wird, aus dem keramischen Körper auszutreten. Das erste keramische Laminat und das zweite keramische Laminat sind mit einer Verbindungsschicht integriert. Eine die Verbindungsschicht bildende Paste, welche später durch den Sintervorgang die Verbindungsschicht wird, wird aus einem viskosen Material hergestellt, das keramische Körner enthält, die identisch oder ähnlich in der Zusammensetzung mit der ersten und zweiten keramischen Schicht sind, und wird mit einem Binder zu einem Pastenzustand gemischt. Der Binder verflüchtigt sich durch den Sintervorgang. Demzufolge bleiben gegenseitig geschmolzene keramische Körner nach dem Abschließen des Sintervorgangs zurück. Die Verbindungsschicht ist daher relativ porös und gaspermeabel.
Gemäß des keramischen Laminats mit der vorstehend beschriebenen Anordnung kondensiert Wasserdampf zu Wassertropfen in Luftblasen, welche in der Verbindungsschicht verbleiben. Der Innendruck der Luftblasen steigt an, wenn die Umgebungstemperatur hoch ist. Eine thermische Spannung steigt in der Nähe der Luftblasen an und ruft Risse und Absplitterungen hervor.
Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann auf verschiedene Produkte, welche keramische Laminate einschließen, angewendet werden, so daß hergestellte Produkte exzellente Beständigkeit und ebenso lange Lebensdauern besitzen können.
Das Abgassystem verschiedener Automobilmotoren ist allgemein mit einem vielschichtigen Gasmeßfühler ausgerüstet, welcher aus miteinander laminierten keramischen Schichten besteht. Der Gasmeßfühler hat die Aufgabe, die Konzentration verschiedener Gaskomponenten, welche in dem Abgas enthalten sind, zu messen. Alternativ dazu hat der Gasmeßfühler die Aufgabe, das Luft-Treibstoff-Verhältnis in einer Verbrennungskammer des Motors zu messen, so daß beruhend auf dem gemessenen Luft-Treibstoff-Verhältnis die Verbrennung des Motors kontrolliert werden kann.
Das Abgas enthält Wasserdampf von hoher Temperatur. Wenn der Motor in Betrieb ist (d.h. wenn ein Automobilfahrzeug fährt), wird ein vielschichtiger Gasmeßfühler hohen Temperaturen von 700°C bis 900°C ausgesetzt. Wenn der Motor angehalten wird (d.h. wenn ein Automobilfahrzeug angehalten wird), wird der vielschichtige Gasmeßfühler auf niedrige Temperaturen von –20°C bis 40°C, ähnlich der Umgebungstemperatur, gekühlt. Der vielschichtige Gasmeßfühler, obwohl er in vielen Konfigurationen gebildet werden kann, schließt allgemein eine erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität und eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität ein, welche über eine Verbindungsschicht, die zwischen diesen Schichten dazwischengeschoben ist, integriert ist. Der vielschichtige Gasmeßfühler, welche diese keramischen Schichten einschließt, wird in einem Abgassystem eines Automobilmotors eingebaut. Wenn der Innendruck der verbleibenden Gasblasen in der Verbindungsschicht ansteigt, werden Risse und Absplitterungen hervorgerufen.
Gemäß des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen vielschichtigen Gasmeßfühler herzustellen, welcher in einem Abgassystem eines Automobilmotors verwendet wird und frei von Rissen und Absplitterungen ist und eine exzellente Beständigkeit zeigt.
Bezüglich einer praktischen Anordnung des vielschichtigen Gasmeßfühlers kann die erste keramische Schicht als eine Diffusionswiderstandsschicht mit einer Funktion zur Bestimmung einer Diffusionsrate des Abgases (d.h. Meßgases), welches in eine Meßgaskammer eingeführt wird, dienen. Die zweite keramische Schicht kann als ein Abstandhalter dienen, welcher die Meßgaskammer begrenzt.
Darüber hinaus kann der vielschichtige Gasmeßfühler in verschiedenen Wegen angeordnet sein. Zum Beispiel ist es möglich, eine gaspermeable Schicht und eine gasimpermeable Schicht über eine andere Schicht (z.B. eine Verbindungsschicht) mit relativ niedriger Gaspermeabilität zu laminieren. In diesem Fall kann das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung die Erzeugung jeglicher Risse und Absplitterungen wirksam unterdrücken. Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann auf ein Herstellungsverfahren angewendet werden, welches zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolien verwendet. Wenn eine Abschirmschicht zwischen der ersten keramischen Schicht und der Verbindungsschicht zur Verfügung gestellt wird, ist es darüber hinaus bevorzugt, daß die Porosität der Abschirmschicht gleich oder weniger als 2 % ist.
Wenn die Porosität übermäßig hoch ist, wird das Wasserdampf enthaltende Gas leicht die Abschirmschicht durchdringen. Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden nicht erhalten. Eine ideale Abschirmschicht hat die Porosität Null.
Wenn darüber hinaus ein vielschichtiger Gasmeßfühler zum Erfassen der Konzentrationen eines spezifischen Gases verwendet wird, welches in einem Meßgas enthalten ist, ist es gewünscht, daß der vielschichtige Gasmeßfühler gemäß des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung für keramische Laminate hergestellt ist. Ein hergestellter vielschichtiger Gasmeßfühler ist frei von Rissen und Absplitterungen und zeigt exzellente Beständigkeit.
Gemäß des keramischen Laminats der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus bevorzugt, daß die Luftblasen in einem Raum verbleiben, welcher zwischen einer Aussparung einer Oberfläche der Verbindungsschicht und der ersten keramischen Schicht begrenzt ist. Das keramische Laminat kann leicht hergestellt werden.
Spezieller ist es bei der Herstellung des keramischen Laminats zum Beispiel bevorzugt, eine die Verbindungsschicht bildende Paste auf eine die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie zu beschichten. Dann wird die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie integral auf die die Verbindungsschicht bildende Paste laminiert und verbunden. In diesem Fall bleibt eine unebene Oberfläche auf der die Verbindungsschicht bildenden Paste zurück, welche auf die die zweite keramische Schicht bildende Grünfolie beschichtet ist. Die Luftblasen bleiben in einem Raum zurück, welcher zwischen der Aussparung der unebenen Oberfläche und der ersten keramischen Schicht gebildet wird. Gemäß dieser Anordnung kann das keramische Laminat leicht hergestellt werden.
Erste Ausführungsform
1 bis 6 erklären einen vielschichtigen Gasmeßfühler, welcher ein keramisches Laminat in Übereinstimmung mit einem Herstellungsverfahren einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
Ein keramisches Laminat dieser Ausführungsform schließt eine erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität und eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität ein, die über eine Verbindungsschicht miteinander laminiert sind.
Bei der Herstellung dieses keramischen Laminats werden die die erste und die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien gebildet. Eine die Verbindungsschicht bildende Paste wird auf eine Oberfläche der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie beschichtet. Die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie wird auf eine Oberfläche der die Verbindungsschicht bildenden Paste laminiert, so daß ein angeordneter Körper erhalten wird. Dann wird dieser angeordnete Körper gesintert.
Dieses Herstellungsverfahren wird dazu verwendet, einen in 1 und 2 gezeigten vielschichtigen Gasmeßfühler 1 herzustellen.
Das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform dient zum Bilden eines vielschichtigen Gasmeßfühlers 1, welcher ein keramisches Laminat einschließt. Der vielschichtige Gasmeßfühler 1, welcher in ein Abgassystem eines Automobilmotors eingebaut wird, detektiert ein Luft-Treibstoff-Verhältnis einer Motorverbrennungskammer, beruhend auf der Sauerstoffkonzentration in einem von dem Motor abgegebenen Abgas.
Wie in 1 und 2 gezeigt, schließt der vielschichtige Gasmeßfühler 1 dieser Ausführungsform einen Heizer 19, einen Abstandhalter 11, eine Feststoffelektrolytschicht 12, einen Abstandhalter 13, eine Diffusionswiderstandsschicht 14 und eine dichte Schicht 15 ein, die aufeinanderfolgend in dieser Reihenfolge laminiert sind. Der Heizer 19 schließt zwei keramische Schichten 191 und 192 und ein wärmeerzeugendes Element 119, welches zwischen diesen keramischen Schichten kernverbunden ist, ein. Das wärmeerzeugende Element 190 erzeugt in Erwiderung von zugeführter elektrischer Energie Wärme. Der Abstandhalter 11 begrenzt eine Referenzgaskammer 110, welche Luft bevorratet, die als ein Referenzgas dient. Der Abstandhalter 13 begrenzt eine Meßgaskammer 130, welche das Abgas bevorratet. Das Abgas wird in die Meßgaskammer 130 über die Diffusionswiderstandsschicht 14 eingeführt. Die Diffusionswiderstandsschicht 14 weist die Funktion auf, eine Diffusionsrate des Abgases zu bestimmen. Die dichte Schicht 15 reguliert die Flußrichtung des Abgases, welches in die Diffusionswiderstandsschicht 14 eingeführt wurde.
Wie in 2 gezeigt, weist die Feststoffelektrolytschicht 12 eine Oberfläche auf, auf welcher eine Referenzelektrode 122 gebildet ist, und eine andere Oberfläche, auf welcher eine Meßgasseitenelektrode 121 gebildet ist. Die Referenzelektrode 122 ist in der Referenzgaskammer 110 positioniert. Die Meßgasseitenelektrode 121 ist in der Meßgaskammer 130. Zwei Elektroden 121, 122 und die Feststoffelektrolytschicht 12 bilden zusammenarbeitend eine Sensorzelle zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration.
Darüber hinaus erstreckt sich der die Meßgaskammer begrenzende Abstandhalter 13 in der Längenrichtung (siehe 1) des vielschichtigen Gasmeßfühlers 1. Die Diffusionswiderstandsschicht 14 und die dichte Schicht 15 sind in ihrer Größe mit dem die Meßgaskammer begrenzenden Abstandhalter 13 identisch.
Die Feststoffelektrolytschicht 12 weist einen Anteil auf, der der Außenseite ausgesetzt ist. Zwei Anschlüsse 125 und 126, welche auf diesen ausgesetzten Anteilen bereitgestellt sind, werden jeweils elektrisch leitfähig mit der Referenzelektrode 121 und der Meßgasseitenelektrode 122 verbunden. Ein Leitungsanteil 123 verbindet die Elektrode 121 und den Anschluß 125. Ein anderer Leitungsanteil (nicht gezeigt) verbindet die Elektrode 122 und den Anschluß 126.
Der die Meßgaskammer begrenzende Abstandhalter 13 ist aus einer dichten Aluminiumoxidkeramik mit der Gasimpermeabilität (mit der Porosität von 2 % oder weniger) hergestellt. Der die Meßgaskammer begrenzende Abstandhalter 13 hindert von einer Seitenfläche überschüssiges Abgas am Eintreten in die Meßgaskammer 130. Die Feststoffelektrolytschicht 12 ist aus einer dichten Zirkoniumoxidkeramik mit der Sauerstoffleitfähigkeit (mit der Porosität von 2 % oder weniger) hergestellt. Die dichte Schicht 15 ist aus einer dichten Aluminiumoxidkeramik hergestellt.
Die Diffusionswiderstandsschicht 14 ist aus einer gaspermeablen Aluminiumoxidkeramik mit einer höheren Porosität (z.B. Porosität 15 %) hergestellt. Das Abgas wird in die Meßgaskammer 130 über die Diffusionswiderstandschicht 14 eingeführt. Die Diffusionswiderstandsschicht 14 ist die erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität. Der die Meßgaskammer begrenzende Abstandhalter 13 ist die zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität.
Darüber hinaus ist der Heizer 19 mit dem die Referenzgaskammer begrenzenden Abstandhalter 11 über eine Verbindungsschicht 39 verbunden. Der die Referenzgaskammer begrenzende Abstandhalter 11 ist mit der Feststoffelektrolytschicht 12 über eine andere Verbindungsschicht 39 verbunden. Der die Meßgaskammer begrenzende Abstandhalter 13 ist mit der Diffusionswiderstandsschicht 14 über eine Verbindungsschicht 3 verbunden. Beim Bilden der Verbindungsschicht 3 werden Aluminiumoxidkörner, welche in der Zusammensetzung identisch mit der Diffusionswiderstandsschicht 14 sind, mit einem Acrylharzbinder zu einem viskosen Material zu einem Pastenzustand gemischt. Diese Paste wird dann gesintert. Die Verbindungsschicht 3 ist daher durch eine Aluminiumoxidkeramik mit der Porosität von ungefähr 2 aufgebaut und ist demzufolge relativ gaspermeabel.
Der vielschichtige Gasmeßfühler 1 wird in der folgenden Art und Weise hergestellt.
Eine Grünfolie wird zum Bilden der keramischen Schicht 191 hergestellt. Eine Elektrodenpaste wird für das wärmeerzeugende Element 190 hergestellt. Die das wärmeerzeugende Element bildende Elektrodenpaste wird auf die die keramische Schicht bildende Grünfolie beschichtet. Eine Paste zum Bilden der keramischen Schicht 192 wird gebildet. Die die keramische Schicht bildende Paste wird umgekehrt auf die Oberfläche des die keramische Schicht bildenden Grünfolie gedruckt.
In der Zwischenzeit wird eine ungebackene Keramik mit einer Fuge (wird durch den Sintervorgang ein Abstandhalter zum Begrenzen einer Referenzgaskammer 11) hergestellt. Eine Paste wird zum Bilden der Verbindungsschicht 39 hergestellt. Die die Verbindungsschicht bildende Paste wird auf die untere Oberfläche der ungebackenen Keramik beschichtet. Die mit der die Verbindungsschicht bildende Paste integrierte ungebackene Keramik wird dann auf die obere Fläche eines angeordneten Körpers laminiert, welcher aus ungebackenen Keramikschichten 191 und 192 mit dem dazwischen kernverbundenen, wärmeerzeugenden Element 190 besteht.
Darüber hinaus wird eine Grünfolie 22 zum Bilden der Feststoffelektrolytschicht 12 (siehe 3A–3C) hergestellt. Eine Paste wird zum Bilden der Verbindungsschicht 39 hergestellt. Die die Verbindungsschicht bildende Paste wird auf die untere Oberfläche der Feststoffelektrolytschicht-Grünfolie 22 beschichtet. Eine Elektrodenpaste wird zuvor als ein vorbestimmtes Muster von Druckanteilen auf der Feststoffelektrolytschicht bildenden Grünfolie 22 beschichtet. Das Druckanteilgitter wird durch den Sintervorgang zu den Elektroden 121, 122, dem Leitungsanteil 123 und den Anschlüssen 125, 126.
In der Zwischenzeit wird eine Grünfolie 23 zum Bilden des die Meßgaskammer begrenzende Abstandhalters 13 hergestellt. Eine Paste 31 wird zum Bilden der Verbindungsschicht 3 hergestellt. Eine Grünfolie 24 wird zum Bilden der Diffusionswiderstandsschicht 14 hergestellt. Eine Grünfolie 25 wird zum Bilden der dichten Schicht 15 hergestellt. Eine Paste 381 wird zum Bilden einer Verbindungsschicht 38 hergestellt.
Wie in 3A gezeigt, wird diese Grünfolie 23 auf die die Feststoffelektrolytschicht bildende Grünfolie 22 laminiert. Dann wird, wie in 3B gezeigt, die die Verbindungsschicht bildende Paste 31 auf die Grünfolie 23 mit einer Dicke von 34 μm beschichtet. Wie in 3C gezeigt, wird die die Diffusionswiderstandsschicht bildende Grünfolie 24 auf die die Verbindungsschicht bildende Paste 31 laminiert. Dann wird die die dichte Schicht bildende Grünfolie 25 auf die die Diffusionswiderstandsschicht bildende Schicht 24 über die Verbindungsschicht bildende Paste 381 laminiert. Ein ungebackenes Laminat, welches aus vielschichtigen Schichten besteht, welche wie vorstehend beschrieben angeordnet sind, wird dann zu dem vielschichtigen Gasmeßfühler 1 dieser Ausführungsform gesintert.
3D zeigt eine Oberfläche 311 der die Verbindungsschicht bildenden Paste 31, welche auf die Grünfolie 23 gemäß des Herstellungsverfahrens dieser Ausführungsform beschichtet ist. Die Oberfläche 311 der die Verbindungsschicht bildenden Paste 31 ist eine unebene Oberfläche. Die die Diffusionswiderstandsschicht bildende Grünfolie 24 wird auf die unebene Oberfläche 311 der die Verbindungsschicht bildenden Paste 31 laminiert. Aufgrund der unebenen Oberfläche 311 verbleiben Luftblasen 30 entlang der Grenze zwischen der Diffusionswiderstandsschicht 14 und der Verbindungsschicht 3, wie in 3E und 4 gezeigt wird. Die Luftblasen 30, welche in Nähe zu der Diffusionswiderstandsschicht 14 verbleiben und demzufolge der Diffusionswiderstandsschicht 14 ausgesetzt sind, fangen ein Gas ein, welches von der Diffusionswiderstandsschicht 14 eintritt. Darüber hinaus kann das Gas, welches in den Luftblasen 30 verbleibt, sich in die Diffusionswiderstandsschicht 14 frei bewegen, wie durch Pfeillinien S und T in 4 angezeigt wird.
Gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens wird die Verbindungsschichtpaste 31 auf die die Diffusionswiderstandsschicht bildende Grünfolie 24 in der folgenden Art und Weise beschichtet.
Wie in 5A gezeigt, wird die Grünfolie 23 zum Bilden des die Meßgaskammer begrenzenden Abstandhalters 13 auf die Feststoffelektrolytschicht-Grünfolie 22 laminiert. Die herkömmlichen Herstellungsschritte, welche zur Umsetzung der in 5 gezeigten Bedingung benötigt werden, sind im wesentlichen die gleichen wie die zuvor beschriebenen Herstellungsschritte dieser Ausführungsform. Wie in 5B gezeigt wird, wird die die Diffusionswiderstandsschicht bildende Grünfolie 24 mit der die dichte Schicht bildenden Grünfolie 25 laminiert. Die die Verbindungsschicht bildende Paste 31 wird auf die untere Oberfläche der die Diffusionswiderstandsschicht bildenden Grünfolie 24 beschichtet. Dann, wie in 5C gezeigt, wird der angeordnete Körper auf die Grünfolie 23 laminiert, die der die Meßgaskammer begrenzende Abstandhalter 13 wird. In diesem Fall, wie in 5D gezeigt, weist die die Verbindungsschicht bildende Paste 31 die unebene Oberfläche 311 auf.
Die Grünfolie 23, welche der die Meßgaskammer begrenzende Abstandhalter 13 wird, wird auf die unebene Oberfläche 311 der die Verbindungsschicht bildenden Paste 31 laminiert und zu einem Laminat integriert. Dann wird dieses Laminat gesintert. Aufgrund der unebenen Oberfläche 311 bleiben Luftblasen 30 entlang der Grenze zwischen der Verbindungsschicht 3 und dem die Meßgaskammer begrenzenden Abstandhalter 13 zurück, wie in 5E und 6 gezeigt. Die Verbindungsschicht 3 ist, wie in 6 gezeigt, porös. Demzufolge stellt die Verbindungsschicht 3 eine Labyrinthstruktur 301 zur Verfügung, welche die Luftblasen 30 und die Diffusionswiderstandsschicht 14 verbindet. Die Labyrinthstruktur 301 ermöglicht es dem Gas, welches von außen eintritt, die Luftblasen 30 zu erreichen, wie durch die Pfeillinien U und V angezeigt wird. Die Labyrinthstruktur 301 beschränkt jedoch die Bewegung des Gases. Das Gas, das einmal in den Luftblasen 30 eingefangen wurde, kann nicht sanft ausgetauscht werden. Die Erfinder dieser Erfindung haben die Luftblasen 30 durch Beobachtung einer geschnittenen Oberfläche des vielschichtigen Gasmeßfühlers 1 mit einem Elektronenmikroskop bestätigt.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Funktionen und Wirkungen auf.
Der vielschichtige Gasmeßfühler 1 gemäß dieser Ausführungsform schließt die Diffusionswiderstandsschicht 14 mit Gaspermeabilität und den die Meßgaskammer begrenzenden Abstandhalter 13 mit Gasimpermeabilität ein, welche über eine Verbindungsschicht 3 miteinander laminiert sind. Gemäß des Herstellungsverfahrens des vielschichtigen Gasmeßfühlers 1 wird die die Verbindungsschicht bildende Paste 31 auf die Oberfläche der Grünfolie 23 beschichtet, die später der die Meßgaskammer begrenzende Abstandhalter 13 wird. Die Grünfolie 24, welche später die Diffusionswiderstandsschicht 14 wird, wird auf die Oberfläche der die Verbindungsschicht bildenden Paste 31 (siehe 3A–3C) laminiert. Gemäß des vielschichtigen Gasmeßfühlers 1 dieser Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, bleiben die Luftblasen 30 entlang der Grenze zwischen der Diffusionswiderstandsschicht 14 und der Verbindungsschicht 3 zurück. Die Luftblasen 30 bleiben in der Nähe der Diffusionswiderstandsschicht 14 zurück und sind demzufolge der Diffusionswiderstandsschicht 14 ausgesetzt.
Gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens wird die die Verbindungsschicht bildende Paste 31 andererseits auf die Oberfläche der Grünfolie 24 beschichtet, die später die Diffusionswiderstandsschicht 14 wird, wie in 5B gezeigt. Gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens verbleiben die Luftblasen 30 entlang der Grenze zwischen der Verbindungsschicht 3 und der die Meßgaskammer begrenzenden Abstandhalter 13, wie in 6 gezeigt. Die Labyrinthstruktur 301, welche in der Verbindungsschicht 3 zur Verfügung gestellt ist, gestattet den Austausch von Gasen zwischen den Luftblasen 30 und der Diffusionswiderstandsschicht 14.
Der vielschichtige Gasmeßfühler 1 dieser Ausführungsform wird in ein Abgassystem eines Automobilmotors eingebaut. Das Wasserdampf enthaltende Abgas tritt in die Meßgaskammer 130 über die Diffusionswiderstandsschicht 14 ein.
Wenn der vielschichtige Gasmeßfühler 1 gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens hergestellt wird, ist der die Meßgaskammer begrenzende Abstandhalter 13 gasimpermeabel. Demzufolge, wie in 6 gezeigt, wird das Abgas in den Luftblasen 30 bevorratet. Die Temperatur des vielschichtigen Gasmeßfühlers 1 nimmt ab, wenn der Automobilmotor angehalten wird. Der in dem Abgas enthaltene Wasserdampf kondensiert zu Wassertropfen in den Gasblasen 30. Die Temperatur des vielschichtigen Gasmeßfühlers 1 steigt an, wenn der Automobilmotor seinen Betrieb wieder startet. Die Wassertropfen werden wieder zu Wasserdampf. Der Innendruck der Luftblasen 30 steigt aufgrund der thermischen Ausdehnung an. Der angestiegene Innendruck der Gasblasen 30 zwingt den die Meßgaskammer begrenzenden Abstandhalter 13 und die Verbindungsschicht 3, sich voneinander abzulösen. Als ein Ergebnis treten Risse und Absplitterungen in der Nähe der Luftblasen 30 auf.
Wenn der vielschichtige Gasmeßsensor 1 gemäß dieser Ausführungsform hergestellt wird, bleiben die Luftblasen 30 in der Nähe zur Diffusionswiderstandsschicht 14 zurück und werden demzufolge der Diffusionswiderstandsschicht 14, wie in 4 gezeigt, ausgesetzt. Das Abgas wird in den Luftblasen 30 eingefangen. Wenn sich der Wassertropfen jedoch verflüchtigt und ausdehnt, kann der Wasserdampf umgehend über die Diffusionswiderstandsschicht 14 aus dem Elementkörper austreten. Der Innendruck der Luftblasen 30 erhöht sich nicht. Demzufolge stellt diese Ausführungsform das Herstellungsverfahren für einen vielschichtigen Gasmeßfühler zur Verfügung, welcher fähig ist, den Innendruck der Luftblasen in angemessener Weise zurückzuhalten und demzufolge frei von Rissen und Absplitterungen ist.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung deutlich wird, stellt diese Ausführungsform ein erstes Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats zur Verfügung, welches eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, welche über eine Verbindungsschicht miteinander laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das erste Herstellungsverfahren schließt einen ersten Schritt des Bildens der die erste und zweite keramische Schichten bildenden Grünfolien, einen zweiten Schritt des Beschichtens einer die Verbindungsschicht bildenden Paste, auf der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie und einen dritten Schritt des integralen Verbindens der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie mit der die Verbindungsschicht bildenden Paste zu einem laminierten Körper und dann Sintern des laminierten Körpers ein.
Zweite Ausführungsform
Die zweite Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines vielschichtigen Gasmeßfühlers, welcher eine Diffusionswiderstandsschicht einschließt, welche als eine erste keramische Schicht dient, welche Gaspermeabilität aufweist, und einen eine Meßgaskammer begrenzenden Abstandhalter, welcher als eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität dient, welche über eine Verbindungsschicht miteinander laminiert sind. Die zweite Ausführungsform schlägt ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von vielschichtigen Gasmeßfühlern aus einer großen, zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie, wie in 7 bis 17 gezeigt, vor.
Das Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform schließt die folgenden Schritte ein

(1) Bilden einer ersten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie und einer zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie;
(2) Herstellen eines unteren Gesenks, auf welchem die zweite zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie abgeschieden wird;
(3) Herstellen eines oberen Gesenks mit einer Oberfläche, auf welcher die erste zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie mit einer darauf beschichteten, die Verbindungsschicht bildenden Paste abgeschieden wird;
(4) Pressen des oberen Gesenks zu dem unteren Gesenk hin, so daß die erste und zweite zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien integral zu einer integralen Anordnung laminiert und verbunden werden; und
(5) Teilen der integrierten Anordnung in separate Körper und dann Sintern der separaten Körper, wodurch eine Vielzahl von vielschichtigen Gasmeßfühlern zur gleichen Zeit erhalten wird.

Der Schritt des Teilens der integrierten Anordnung zu separaten Körpern kann nach dem Sinterschritt ausgeführt werden.
Das gemäß des Herstellungsverfahrens der zweiten Ausführungsform verwendete obere Gesenk weist eine Gesenkoberfläche auf, auf welcher die erste zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie abgeschieden ist. Die Gesenkoberfläche des oberen Gesenks ist eine stumpfwinklige Oberfläche mit einem Zentralbereich, welcher zu dem unteren Gesenk hin hervorragt, und rechten und linken Bereiche, welche aus dem Zentralbereich zu jeweiligen Randbereichen schrägstehend zurücktreten, wie in 8A bis 8E gezeigt.
Demzufolge, wie in 8A bis 8E gezeigt, preßt in einem Verfahren des integralen Laminierens und Verbindens der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien die stumpfwinklige Oberfläche zunächst ein entsprechendes Zentrum der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie auf den Zentralbereich davon. Die stumpfwinklige Oberfläche preßt abschließend entsprechende rechte und linke Randbereiche der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie an deren Randbereiche. Auf diese Weise wird der Vorgang zum Pressen und Integrieren der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien nacheinanderfolgend symmetrisch von deren Zentralbereichen zu jeweiligen rechten und linken Randbereichen durchgeführt. Spezieller stellt diese Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung eines vielschichtigen Gasmeßfühlers zur Verfügung, welcher in seiner Anordnung zu dem der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Eine vorbestimmte Anzahl großer zahlreiche Stücke aufnehmender Grundfolien wird hergestellt und zu angeordneten Einheiten 4 laminiert, wie in 7 gezeigt wird. Die angeordnete Einheit 4 wird gesintert und dann in separate Stücke entlang einer gebrochenen Linie mit einem Schneider geteilt, so daß eine Vielzahl von vielschichtigen Gasmeßfühlern erhalten wird. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, indem viele vielschichtige Gasmeßfühler zur gleichen Zeit hergestellt werden können, und es ist bevorzugt anwendbar auf eine Massenproduktion der gleichen Produkte.
7 ist eine ebene Ansicht, welche eine angeordnete Einheit 4 zeigt, wobei ein Bezugszeichen 41 eine erste zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie darstellt. Die erste zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie 41 wird unter einer eine dichte Schicht bildende Grundfolie positioniert, wenn von oben, wie in 7 gezeigt, darauf geschaut wird. Ein Bezugszeichen 42 bezeichnet eine zweite zahlreiche Teile aufnehmende Grundfolie. Ähnliche Grundfolien, welche eine Feststoffelektrolytschicht und andere Schichten bilden, werden unter der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundschicht 42 laminiert. Ein Bezugszeichen 40 bezeichnet Druckanteile, die später durch den Sintervorgang Elektroden, Leitungsanteile und Anschlüsse werden. Ein Bezugszeichen 49 bezeichnet eine Schnittlinie, entlang welcher die laminierten Grundfolien in zahlreiche Stücke geschnitten werden.
Obwohl in 7 nicht gezeigt, wird darüber hinaus eine eine Verbindungsschicht bildende Paste 43 zwischen die erste zahlreiche Teile aufnehmende Grundfolie 41 und die zweite zahlreiche Teile aufnehmende Grundfolie 42 dazwischengeschoben.
8A bis 8E und 9A bis 9D zeigen das Verfahren zum Pressen und integralen Laminieren und Verbinden der ersten und zweiten zahlreiche Teile aufnehmenden Grundfolien 41 und 42. 10, 11 und 12 zeigen die Anordnung eines oberen Gesenks 50 und eines stumpfwinkligen elastischen Elements 5. Das obere Gesenk 50 weist das stumpfwinklige elastische Element 5 gegenüberliegend zu einem unteren Gesenk 51 auf. Das stumpfwinklige elastische Element 5, wie in 11 gezeigt, weist eine stumpfwinklige Oberfläche 500 mit einem Zentralbereich auf, welcher zu dem unteren Gesenk 51 hin hervorragt, und rechte und link abgeschrägten Bereiche, welche aus dem Zentralbereich zu jeweiligen Randbereichen schrägstehend zurücktreten. Das stumpfwinklige elastische Element 5 weist einen Hauptkörper 501 und einen schrägen Anteil 502 auf. Der Hauptkörper 501 ist aus einem Fluorgummi (mit der Shore-Rate von 80) hergestellt. Der schräge Anteil 502 ist aus einem Schwamm (mit einer Shore-Rate von 10) hergestellt.
Darüber hinaus schließt das stumpfwinklige elastische Element 5 eine Vielzahl von Ansauglöchern 503 ein, welche sich vertikal über das stumpfwinklige elastische Element 5 ausdehnen und zu der stumpfwinkligen Oberfläche 500 geöffnet sind, welche dem unteren Gesenk 51 gegenübersteht. Die Ansauglöcher 503 sind mit einer Pumpe 504 verbunden.
Als Antwort auf die Aktivierung der Pumpe 504 nimmt der Innendruck der jeweiligen Ansauglöcher 503 ab. Eine die dichte Schicht bildende Grundfolie 401 und die erste zahlreiche Teile aufnehmende Grundfolie 41 werden fest auf der stumpfwinkligen Oberfläche 500 gehalten. Das stumpfwinklige elastische Element 5 weist die Dimensionen t1 = 1 mm, t2 = 2 mm, t3 = 46 mm und t = 0,3 mm, auf.
16 zeigt ein herkömmliches oberes Gesenk, welches mit einem flachen elastischen Element 59 ausgerüstet ist. Sowohl die die dichte Schicht bildende Grundfolie 401 als auch die erste zahlreiche Teile aufnehmende Grundfolie 41 werden laminiert und auf diesem flachen elastischen Element 59 abgeschieden.
Der integrale Laminier- und Verbindungsvorgang gemäß dieser Ausführungsform wird in der folgenden Art und Weise durchgeführt.
Wie in 8A und 11 gezeigt wird, wird ein Laminat, welches die zweite zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie 42 einschließt, auf einer Gesenkoberfläche 510 des unteren Gesenks 51 abgeschieden. Andererseits werden die die dichte Schicht bildende Grundfolie 401, eine die Verbindungsschicht bildende Paste 402, die erste zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie 41 und die die Verbindungsschicht bildende Paste 43 aufeinanderfolgend abgeschieden und auf der stumpfwinkligen Oberfläche 500 des stumpfwinkligen elastischen Elements 5, welches auf dem oberen Gesenk 50 bereitgestellt ist, gehalten. Wie in 9A gezeigt, gibt es einen Zwischenraum zwischen der die Verbindungsschicht bildenden Paste 43 und der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie 42. Die die Verbindungsschicht bildende Paste 43 weist eine unebene Oberfläche auf.
Wie in 8B gezeigt wird, wird das obere Gesenk 50 zu dem unteren Gesenk 51 hin gepreßt. Die die Verbindungsschicht bildende Paste 43 und die zweite zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie 42 werden zunächst in ihren zentralen Bereichen in Kontakt miteinander gebracht. In 9B und 9C zeigen Pfeile A und B die Preßkraft an, die auf die die Verbindungsschicht bildende Paste 43 einwirken. Die die Verbindungsschicht bildende Paste 43 und die zweite zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie 42 werden lokal in dem Bereich in Kontakt miteinander gebracht, in dem die Preßkraft einwirkt. Die verbleibende Luft wird aus dem Bereich, in dem die die Verbindungsschicht bildende Paste 43 und die zweite zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie 42 neuerlich in Kontakt miteinander gebracht wurden, ausgeschlossen. Die ausgeschlossene Luft wird zu den rechten und linken Randbereichen hin gedrückt, wie durch einen Pfeil 'm' angezeigt wird, wie in 8C und 9C gezeigt wird. Auf diese Weise bewegt sich die verbleibende Luft aufeinanderfolgend zu den rechten und linken Randbereichen gemäß dem Fortschritt des Preßvorganges, welcher durch das obere Gesenk 50 durchgeführt wird.
Abschließend, wie in 8D gezeigt und ebenso durch Pfeile A bis C in 9D angezeigt, werden die die Verbindungsschicht bildende Paste 43 und die zweite zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie 42 vollständig verbunden. In diesem Fall, aufgrund der eckigen Form des stumpfwinkligen elastischen Elements 5, wird die erste zahlreiche Teile aufnehmende Grundschicht 41 zu einer V-förmigen Gestalt, wie in 8D gezeigt, gebogen. Die angeordnete Einheit 4 gemäß dieser Ausführungsform jedoch wird in zahlreiche Stücke entlang der Schnittlinien 49 (siehe 7) geschnitten. Der V-förmig gebogene Bereich, welcher dem Zentralbereich der angeordneten Einheit 4 entspricht, wird als Müll entfernt.
13 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein anderes Beispiel des stumpfwinkligen elastischen Elements 5 mit einer geschwungenen stumpfwinkligen Oberfläche 500 zeigt. 14 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein anderes Beispiel des stumpfwinkligen elastischen Elements 5 mit einer abschneidenden stumpfwinkligen Oberfläche 500 zeigt. 15 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein unterschiedliches elastisches Element 509 zeigt, welches aus nacheinanderfolgend verbundenen, stumpfwinkligen elastischen Elementen 5 besteht.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß des Herstellungsverfahrens dieser Ausführungsform in dem Verfahren des integralen Laminierens und Verbindens der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien 41 und 42 (siehe 8A bis 8E) die erste zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie 41 zunächst in Kontakt mit der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie 42 in einem Bereich gebracht, welcher dem Zentralbereich der stumpfwinkligen Oberfläche 500 des oberen Gesenks 50 gegenüberstehet. Als nächstes werden die erste zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie 41 und die zweite zahlreiche Stücke aufnehmende Grundfolie 42 miteinander in benachbarten Bereichen in der Nähe des Zentralbereichs der stumpfwinkligen Oberfläche 500 kontaktiert. Der Kontakt zwischen den ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien 41 und 42 wird aufeinanderfolgend in Übereinstimmung mit einem von dem Zentralbereich sich entfernenden Abstand verschoben.
Demzufolge werden verbleibende Luftblasen von dem zuvor gepreßten Bereich zu dem später gepreßten Bereich gezwungenermaßen herausgedrückt, selbst wenn Luftblasen in einem Raum, welcher zwischen der die Verbindungsschicht bildenden Paste 43 und der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie 42 dazwischengeschoben ist, verbleiben. Gemäß des Herstellungsverfahrens dieser Ausführungsform schreitet der nacheinanderfolgende Preßvorgang symmetrisch von dem Zentralbereich zu den rechten und linken Randbereichen der stumpfwinkligen Oberfläche 500 des oberen Gesenks 50 fort. Die im Zentralbereich verbleibenden Luftblasen werden nacheinander zu jeweiligen rechten und linken Randbereichen hinausgedrückt, wie in 9A bis 9D gezeigt wird. Als ein Ergebnis kann das Verfahren zum integralen Laminieren und Verbinden der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien 41 und 42 fertiggestellt werden, ohne im wesentlichen Luftblasen zwischen diesen zurückzulassen.
Demzufolge kann das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform einen vielschichtigen Gasmeßfühler zur Verfügung stellen, welcher im wesentlichen keine Luftblasen enthält, welche den Innendruck der Verbindungsschicht steigern. Demzufolge kann das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform einen vielschichtigen Gasmeßfühler erreichen, welcher fähig ist, den Innendruck der Luftblasen in angemessener Weise zurückzuhalten und demzufolge frei von Rissen und Absplitterungen ist.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung deutlich wird, stellt die zweite Ausführungsform ein zweites Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats gemäß eines Verfahrens zur Verfügung, das zahlreiche Teile aufnimmt. Das keramische Laminat schließt eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht ein, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das Verfahren dieser Ausführungsform, das zahlreiche Teile aufnimmt, schließt die folgenden Schritte 1 bis 5 ein. Der erste Schritt ist das Bilden von ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien zum Bilden erster und zweiter keramischer Schichten. Der zweite Schritt ist das Abscheiden der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie auf einem unteren Gesenk. Der dritte Schritt ist das Abscheiden der ersten zahlreiche Teile aufnehmenden Grundfolie auf einer Oberfläche eines oberen Gesenks mit einer die Verbindungsschicht bildenden Paste, welche vorher auf der ersten zahlreiche Teile aufnehmenden Grundfolie beschichtet wurde. Der vierte Schritt ist das Pressen des oberen Gesenks zu dem unteren Gesenk hin oder das Pressen des unteren Gesenks zu dem oberen Gesenk hin, so daß eine integrierte Anordnung der ersten und zweiten zahlreiche Teile aufnehmenden Grundfolien erhalten wird, welche miteinander laminiert und verbunden sind. Und der fünfte Schritt ist das Teilen der integrierten Anordnung in separate Körper und dann Sintern der separaten Körper. Gemäß dieses zweiten Herstellungsverfahrens ist die Oberfläche des oberen Gesenks eine stumpfwinklige Oberfläche mit einem Zentralbereich, welche zu dem unteren Gesenk hin hervorragt, und rechten und linken schrägen Bereichen, welche schrägstehend von den Zentralbereichen zu jeweiligen Randbereichen hin zurücklaufen. In einem Verfahren des integralen Laminierens und Bildens der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie preßt die stumpfwinklige Oberfläche zunächst ein entsprechendes Zentrum der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie an ihren Zentralbereich. Die stumpfwinklige Oberfläche preßt abschließend entsprechende rechte und linke Randbereiche der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundschicht an ihre Randbereiche, wodurch aufeinanderfolgend die erste und die zweite zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien symmetrisch von ihren Zentralbereichen zu entsprechend rechten und linken Randpositionen hin gepreßt und integriert werden.
Dritte Ausführungsform
Die dritte Ausführungsform schlägt ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats vor. Wie in 17A gezeigt, werden die die erste und zweite keramische Schicht bildende Grünfolien 61 und 62 gebildet. Eine die Verbindungsschicht bildende Paste 63 wird mit der Dicke von 60 μm auf die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie 61 beschichtet. Die die zweite keramische Schicht bildende Grünfolie 62 wird integral auf die die Verbindungsschicht bildende Paste 63 laminiert und verbunden und dann gemeinsam gesintert.
Als Ergebnis, wie in 17B gezeigt, verbleiben keine Luftblasen zwischen der Verbindungsschicht 63 und der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie 62.
Als vergleichendes herkömmliches Beispiel, wie in 18A gezeigt, wird die die Verbindungsschicht bildende Paste 63 auf die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie 61 mit der Dicke von 35 μm beschichtet. Dann wird die die zweite keramische Schicht bildende Grünfolie 62 integral auf die die Verbindungsschicht bildende Paste 63 laminiert und verbunden. Gemäß dieses herkömmlichen Beispiels, wie in 18B gezeigt, verbleiben Luftblasen 630, nachdem das Sintern abgeschlossen ist.
Die Menge an Luftblasen, welche in der Verbindungsschicht verbleiben, ist abhängig von der unebenen Oberfläche der die Verbindungsschicht bildenden Paste. Diese Ausführungsform schlägt vor, die die Verbindungsschicht bildende Paste 63 mit einer ausreichenden Dicke zu beschichten. Dies ist wirksam zum Unterdrücken der Wellenbildung auf einer Anordnung, welche aus der die erste Schicht bildenden Grünfolie 61 und der die Verbindungsschicht bildenden Paste 63 besteht. Als Ergebnis wird es möglich, eine abgeflachte Oberfläche der die Verbindungsschicht bildenden Paste 63 zur Verfügung zu stellen, welche auf die die zweite keramische Schicht bildende Grünfolie 62 zu laminieren ist. Daher verbleiben keine Luftblasen zwischen der die Verbindungsschicht bildenden Paste 63 und der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie 62.
Demzufolge kann das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform ein keramisches Laminat zur Verfügung stellen, welches im wesentlichen keine Luftblasen enthält, welche den Innendruck der Verbindungsschicht steigern. Demzufolge kann das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform ein keramisches Laminat erhalten, welches fähig ist, den Innendruck der Luftblasen in angemessener Weise zurückzuhalten und demzufolge frei von Rissen und Absplitterungen ist.
Bezüglich der Preßvorgänge der Gesenke ist es wünschenswert, zwei Grünfolien 61 und 62 über die Verbindungspaste 63 aufeinanderfolgend von einem Ende zu dem anderen Ende zu verbinden, so daß die verbleibende Luft von ihren Kontaktoberflächen ausgeschlossen wird.
Um dies zu realisieren, laminiert und verbindet die dritte Ausführungsform aufeinanderfolgend die die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien 61 und 62 in einer einzelnen Richtung von einem Endbereich zu dem anderen Endbereich hin. Die verbleibenden Luftblasen werden gezwungenermaßen von dem zuvor gepreßten Bereich zu dem später gepreßten Bereich herausgedrückt. Als Ergebnis wird die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie 61 integral mit der Verbindungsschicht 63 laminiert und verbunden, welche auf der die keramische Schicht bildenden Grünfolie 62 ohne das Zurücklassen jeglicher Luftblasen zwischen ihnen beschichtet.
In diesem Zusammenhang stellt die dritte Ausführungsform ein drittes Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats zur Verfügung, welches eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das dritte Herstellungsverfahren schließt die folgenden Schritte 1 bis 5 ein. Der erste Schritt ist das Bilden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie. Der zweite Schritt ist das Beschichten einer die Verbindungsschicht bildenden Paste auf die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie. Der dritte Schritt ist das Plazieren der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie auf der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie. Der vierte Schritt ist das integrale Laminieren und Verbinden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien durch nacheinanderfolgendes Pressen der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien in einer einzelnen Richtung von einem Endbereich zu dem anderen Endbereich hin. Und der fünfte Schritt ist das Sintern eines laminierten Körpers, welcher die die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien einschließt.
Darüber hinaus sollte die Dicke der die Verbindungsschicht bildenden Paste 63 irgendwo in einem optimierten Bereich festgesetzt werden. Wenn die Dicke der die Verbindungsschicht bildenden Paste 63 weniger als 5 μm ist, werden die erwarteten Wirkungen dieser Ausführungsform nicht erhalten. Wenn andererseits die Dicke der die Verbindungsschicht bildenden Paste 63 größer ist als 150 μm, werden die die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien 61 und 62, welche über die die Verbindungsschicht bildende Paste 63 zu einem Laminat angeordnet sind, positionelle Verschiebung hervorrufen, wenn dieses Laminat durch einen Schneider in separate Stücke geschnitten wird.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Optimierung mit Bezug auf die Größe der die Verbindungsschicht bildenden Paste stellt die dritte Ausführungsform ein viertes Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats zur Verfügung, welches eine erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität und eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität einschließt, welches die folgenden Schritte 1 bis 4 umfaßt. Der erste Schritt ist das Bilden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien. Der zweite Schritt ist das Beschichten einer die Verbindungsschicht bildenden Paste auf die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie mit einer Dicke von 5 bis 150 μm. Der dritte Schritt ist das integrale Laminieren und Sintern der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie auf die die Verbindungsschicht bildende Paste. Und der vierte Schritt ist das Sintern eines laminierten Körpers, welcher die die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien einschließt.
Die Erfinder dieser Erfindung haben vielschichtige Gasmeßfühler gemäß des Herstellungsverfahrens der zweiten Ausführungsform durch Verwendung des in 11 gezeigten oberen Gesenks mit dem stumpfwinkligen elastischen Element experimentell hergestellt. Zum Vergleich haben die Erfinder vielschichtige Gasmeßfühler gemäß des Herstellungsverfahrens der zweiten Ausführungsform unter Verwenden des in 16 gezeigten oberen Gesenks mit dem flachen elastischen Element hergestellt.
Die Erfinder haben eine Vielzahl von stumpfwinkligen elastischen Elementen hergestellt, welche sich in den Abmessungen von t (d.h. 0,3 mm, 0,5 mm, 0,8 mm und 2 mm) in 11 unterscheiden.
Darüber hinaus wurde die Preßlast, welche zwischen dem oberen Gesenk und dem unteren Gesenk angelegt wurde, auf drei Niveaus (d.h. 640 N, 980 N, 1280 N) verändert. Die Erfinder haben die Druckverteilung in dem Laminat durch Verwendung eines Belastungspapiers (Rotfärbung in dem Bereich, in dem der Druck aufgebracht wird) gemessen, welches zwischen dem oberen Gesenk und dem unteren Gesenk positioniert war, sowohl in dem flachen elastischen Element als auch in dem stumpfwinkligen elastischen Element.
Die Erfinder haben die Meßergebnisse unter Verwendung von 5 Graden von AA, A, B, C und D ausgewertet, wobei "AA" exzellente Laminatdruck-Verteilung und "A" gleichmäßige Verteilung darstellen. Die Gleichförmigkeit wird in der Ordnung von "B", "C" und "D" schlechter, wobei "D" eine Bedingung darstellt, daß die Last im Zentrum konzentriert ist und eine Preßkraft in den Randbereichen unzureichend ist.
Darüber hinaus haben für jeden der vielschichtigen Gasmeßfühler, welche unter verschiedenen Bedingungen hergestellt wurden, die Erfinder die Anwesenheit von Luftblasen, welche zwischen der Diffusionswiderstandsschicht und der Verbindungsschicht verbleiben, durch Aufnehmen einer Schnittoberfläche jedes Prüfelements mit einem Elektronenmikroskop geprüft. In diesem Fall haben die Erfinder die Meßergebnisse durch Verwendung der fünf Grade von AA, A, B, C und D ausgewertet, wobei "AA" keine Luftblasen darstellt und die Menge der Luftblasen klein ist in der Reihe von "A", "B", "C" und "D", wobei "D" eine Bedingung darstellt, daß die Menge der Luftblasen so groß ist, daß Risse und Absplitterungen aufgrund des angestiegenen Innendrucks der Luftblasen auftreten.
Darüber hinaus haben die Erfinder das äußere Erscheinungsbild der jeweiligen vielschichtigen Gasmeßfühler, welche unter verschiedenen Bedingungen hergestellt wurden, beobachtet. In diesem Fall haben die Erfinder die Meßergebnis durch Verwendung der fünf Grade von AA, A, B, C und D ausgewertet, wobei "AA" ein exzellentes äußeres Erscheinungsbild darstellt und die Menge von Preßspuren klein ist in der Reihenfolge von "A", "B", "C" und "D". Wenn die Menge der Preßspuren groß ist, kann sich die Meßgaskammer verformen und das hergestellte Produkt wird demzufolge als fehlerhaft entfernt.
Tabelle 1 zeigt die Meßergebnisse.
TABELLE 1
Wie aus den in Tabelle 1 gezeigten Meßergebnissen verstanden werden kann, ist der vielschichtige Gasmeßfühler, welcher unter Verwendung des herkömmlichen oberen Gelenks, das mit einem flachen elastischen Element (siehe 16) ausgerüstet ist, in der Dauerhaftigkeit ungewünscht, weil eine große Menge von Luftblasen in der Verbindungsschicht verbleiben. Ein angestiegener Innendruck der Luftblasen ruft möglicherweise Risse und Absplitterungen in dem Element hervor. Zwischenzeitlich wurde bestätigt, daß die Verwendung des oberen Gelenks, das mit dem stumpfwinkligen elastischen Element ausgerüstet ist, wirksam zum Erhalten vielschichtiger Gasmeßfühler frei von Luftblasen ist.
Darüber hinaus haben die Erfinder vielschichtige Gasmeßfühler hergestellt, welche gemäß der Herstellungsverfahren der ersten bis dritten Ausführungsform gebildet wurden. Die Erfinder haben vielschichtige Gasmeßfühler gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens hergestellt, welches in der ersten Ausführungsform erklärt wurde. Die Erfinder haben die "Gesamtlänge der Luftblasen" und "verbleibende Platinkonzentration" in jedem Prüfelement gemessen. Bezüglich der Beschichtungsdicke der die Verbindungsschicht bildenden Paste wurde diese auf 60 μm festgesetzt in dem Fall des Herstellungsverfahrens gemäß der dritten Ausführungsform und wurde andernfalls auf den gleichen Wert von 35 μm festgesetzt.
Darüber hinaus wurde eine Gesamtmenge von 12 Prüfelementen gemäß jedes Herstellungsverfahrens experimentell hergestellt.
Um die Gesamtlänge der Luftblasen zu erhalten, haben die Erfinder die Länge jeder Luftblase gemessen, welche auf einer Schnittoberfläche jedes vielschichtigen Gasmeßfühlers mit einem Elektronenmikroskop beobachtet wurde, welche entlang eines in 2 gezeigten Querschnitts aufgenommen wurde. Die Länge jeder Luftblase stellt die Größe jeder Luftblase dar, welche in der Breitenrichtung jedes Prüfelements gemessen wurde. Die Gesamtlänge der Luftblasen stellt eine Summe von Längen von gemessenen Luftblasen dar.
Die Messung der verbleibenden Platinkonzentration wurde in der folgenden Art und Weise ausgeführt.
Jedes Prüfelement wurde in einer Chlorplatin-Säurelösung für 10 Minuten eingeweicht und dann getrocknet, so daß die Diffusionswiderstandsschicht Chlorplatin tragen kann. Als nächstes wird das Prüfelement in Wasser für 10 Minuten eingeweicht und dann getrocknet. Das in der Diffusionswiderstandsschicht getragene Chlorplatin wird zusammen mit dem Wasser in die Luftblasen eingeführt. Wenn es keine Verbindung gibt, welche die Diffusionswiderstandsschicht und die Luftblasen verbindet, tritt kein Chlorplatin in die Luftblasen ein. Die eingeführte Menge ist abhängig von dem Grad der Kommunikation zwischen der Diffusionswiderstandsschicht und den Luftblasen. Danach wird das Prüfelement geschnitten, so daß die Wellenform (d.h. Vertiefungen, welche die Luftblasen bilden) auf einer Schnittoberfläche freigelegt werden. Die Platinmenge (in den Einheiten von k %) wird basierend auf EPMA (Elektronenstrahl-Mikroanalyse) gemessen.
19 bis 26 zeigen jeweils die Meßergebnisse. Wie aus den 21, 23 und 25 verstanden werden kann, verteilen sich die Gesamtlängen von Luftblasen gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform in einem engen Bereich, verglichen mit der Gesamtlänge der Luftblasen gemäß eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens.
Wie aus 19 und 25 verstanden werden kann, ist die Gesamtlänge der Luftblasen gemäß des Herstellungsverfahrens der ersten Ausführungsform nicht so unterschiedlich von der Gesamtlänge der Luftblasen gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens. Es wurde jedoch, beruhend auf den Beobachtungen unter Verwendung eines Elektronenmikroskops, bestätigt, daß Luftblasen hauptsächlich zwischen der Diffusionswiderstandsschicht und der Verbindungsschicht gemäß des Herstellungsverfahrens der ersten Ausführungsform verbleiben. Dem gegenüber bleiben Luftblasen hauptsächlich zwischen dem die Meßgaskammer bildenden Abstandhalter und der Verbindungsschicht gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens zurück.
Darüber hinaus ist, wie aus 20 verstanden werden kann, die verbleibende Platinkonzentration sehr hoch gemäß des Prüfelements, welches gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt wurde, weil die Luftblasen der Diffusionswiderstandsschicht (siehe 4) ausgesetzt sind. Wie aus 22, 24 und 26 verstanden werden kann, ist die verbleibende Platinkonzentration in den Prüfelementen, welche gemäß des Herstellungsverfahrens der zweiten und dritten Ausführungsform hergestellt wurden, zu einer kleineren Seite hin verschoben, verglichen mit den Prüfelementen, welche gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens hergestellt wurden. Kurz, verglichen mit dem herkömmlichen Herstellungsverfahren, kann das Platin nicht in die Luftblasen eintreten.
Nachfolgend haben die Erfinder eine große Menge Prüfelemente gemäß der Herstellungsverfahren der ersten bis dritten Ausführungsformen und gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens, welches in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, hergestellt. Die Erfinder haben "Wasserabsorption-Fehlersuche"- und "Vakuum/Wasserabsorption-Fehlersuche"-Prüfungen für jedes Prüfelement durchgeführt, um die Anwesenheit des in dem Prüfelement erzeugten Absplitterns (d.h. Risse und Absplitterungen) zu prüfen. Das Element, welches jegliches Absplittern einschließt, ist fehlerhaft.
Die Erfinder haben die "Wasserabsorption-Fehlersuche"-Prüfung in der folgenden Art und Weise durchgeführt.
Jedes Prüfelement wird in Wasser für 10 Minuten eingeweicht und dann getrocknet. Wenn das Prüfelement keine gewünschten Sensoreigenschaften unter der Bedingung zeigt, daß eine Spannung von 14,5 V an das Prüfelement angelegt wird, wird geschlossen, daß dieses Prüfelement Risse und Absplitterungen aufweist und demzufolge fehlerhaft ist.
Die Erfinder haben die "Vakuum/Wasserabsorption-Fehlersuche"-Prüfung in der folgenden Art und Weise durchgeführt.
Jedes Prüfelement wird in Wasser für 10 Minuten unter einer druckverringerten Bedingung von 1,0 atm eingeweicht. Dann wird das Prüfelement an Luft getrocknet. Die Anwesenheit von Absplitterungen wird unter Anlegen von 14,5 V geprüft.
27 zeigt das Prüfergebnis von durchgeführter Wasserabsorption-Fehlersuche. 28 zeigt das Prüfergebnis von durchgeführter Vakuum/Wasserabsorption-Fehlersuche. In beiden Fehlersuche-Prüfungen haben die Erfinder die Anwesenheit von Absplitterungen in den Prüfelementen bestätigt, welche gemäß der herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellt wurden. Die Erfinder haben keine Absplitterungen in den Prüfelementen bestätigt, welche gemäß des Herstellungsverfahrens der ersten bis dritten Ausführungsformen hergestellt wurden.
Aus den vorstehenden Prüfergebnissen haben die Erfinder bestätigt, daß jede der zweiten und dritten Ausführungsformen ein Herstellungsverfahren zur Verfügung stellen kann, welches fähig ist, die Menge von verbleibenden Luftblasen im Vergleich mit dem herkömmlichen Herstellungsverfahren zu verringern. Der Wasserdampf kann nicht in die Luftblasen eintreten. Demzufolge steigt der Innendruck der Luftblasen nicht an. Die Menge von Wasserdampf, der in die Luftblasen eintritt, ist klein. Als Ergebnis wird ein exzellenter vielschichtiger Gasmeßfühler erhalten.
Gemäß des Herstellungsverfahrens der ersten Ausführungsform werden Luftblasen der Diffusionswiderstandsschicht ausgesetzt. Diese Anordnung ist bei der Unterdrückung eines Anstiegs des Innendrucks in den Luftblasen wirksam, ungeachtet der Menge von Luftblasen und des Einfalls von Wasserdampf. Als Ergebnis wird ein exzellenter vielschichtiger Gasmeßfühler erhalten.
Vierte Ausführungsform
Diese Ausführungsform bezieht sich auf einen vielschichtigen Gasmeßfühler in seiner Anordnung ähnlich mit dem der ersten Ausführungsform, gezeigt in 1 und 2. Der vielschichtige Gasmeßfühler gemäß der vierten Ausführungsform schließt ferner eine Abschirmschicht 141 ein, welche zwischen der gaspermeablen Diffusionswiderstandsschicht 14 und der Verbindungsschicht 3 abgeschieden ist. Die Abschirmschicht 141 weist die Porosität niedriger als die der Diffusionswiderstandsschicht 14 auf. Die Porosität der Abschirmschicht 14 ist im wesentlichen gleich zu der Porosität der dichten Schicht 15.
Die Abschirmschicht 141 ist 15 μm dick und weist 2 Porosität auf. Die Abschirmschicht 141 ist aus einer Aluminiumoxidkeramik hergestellt. Die Diffusionswiderstandsschicht 14 ist ebenso aus einer Aluminiumoxidkeramik hergestellt.
Der Fachmann wird fähig sein, die Abschirmschicht 141 dieser Ausführungsform, beruhend auf der in 1 und 2 gezeigten Darstellung, gleich zu verstehen, da die zusätzlich benötigte Beschreibung zu der Zeichnung einfach die Abschirmschicht 141 dieser Ausführungsform zwischen die Diffusionswiderstandsschicht 14 und die Verbindungsschicht 3 hinzufügt. 34 gibt die Darstellung für die vierte Ausführungsform wieder.
Die Erfinder haben die folgende Messung für jedes der Elemente, welches gemäß dieser Ausführungsform hergestellt wurde, und die Elemente, welche gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens, welches in der ersten Ausführungsform offenbart wird, hergestellt wurde, durchgeführt.
Jedes Prüfelement wird in einer Chlorplatin-Säurelösung für 10 Minuten unter einer druckverringerten Bedingung von 0,1 atm eingeweicht. Dann wird das Prüfelement getrocknet, so daß die Diffusionswiderstandsschicht Chlorplatin tragen kann. Als nächstes wird das Prüfelement in Wasser für 10 Minuten eingeweicht und dann getrocknet. Das Chlorplatin, welches in der Diffusionswiderstandsschicht getragen wird, wird zusammen mit dem Wasser in Luftblasen in der Verbindungsschicht eingeführt. Danach wird das Prüfelement geschnitten, so daß die Luftblasen auf einer Schnittoberfläche aufgedeckt sind. Die Platinmenge (in den Einheiten von k %) wird, beruhend auf EPMA (Elektronenstrahl-Mikroanalyse), gemessen.
Wie in 31 gezeigt wird, wird das Prüfelement entlang einer Vielzahl von Schnittlinien b1, b2 und b3 im rechten Winkel zu der Längenrichtung des Prüfelements geschnitten. Ein Abstand a1 zwischen der Schnittlinie b1 und der Kante des Elements ist 3 mm. Ein Abstand a2 zwischen der Schnittlinie b2 und der Kante des Elements ist 6 mm. Und ein Abstand a3 zwischen der Schnittlinie b3 und der Kante des Elements ist 9 mm. Die Länge der Luftblasen wird auf jeder Schnittoberfläche gemessen.
Als Ergebnis haben die Erfinder eine Gesamtmenge von vier Luftblasen auf den vorstehenden drei Schnittoberflächen des vielschichtigen Gasmeßfühlers gefunden, welcher gemäß dieser Ausführungsform hergestellt wurde. Andererseits haben die Erfinder eine Gesamtmenge von 12 Luftblasen auf den vorstehenden drei Schnittoberflächen des vielschichtigen Gasmeßfühlers gefunden, welcher gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens hergestellt wurde. 29 zeigt die gemessene Beziehung zwischen der Länge jeder Luftblase und der verbleibenden Platinkonzentration gemäß dieser Ausführungsform. 30 zeigt die gemessene Beziehung zwischen der Länge jeder Luftblase und den verbleibenden Platinkonzentrationen gemäß der herkömmlichen Herstellungsverfahren.
Wie aus dem Vergleich zwischen den in 29 und 30 gezeigten Daten verstanden werden kann, ist die Anzahl der verbleibenden Luftblasen gemäß des Elements, welches gemäß dieser Ausführungsform hergestellt wurde, klein. Die Abschirmschicht verhindert die Bewegung von Chlorplatin aus der Diffusionswiderstandsschicht. Die verbleibende Platinkonzentration in jeweiligen Luftblasen ist klein. Die Anzahl von Luftblasen ist gemäß des Elements, welches gemäß des herkömmlichen Herstellungsverfahrens hergestellt wurde, groß. Die verbleibende Platinkonzentration in jeweiligen Luftblasen ist groß.
Die Bereitstellung der Abschirmschicht verhindert wirkungsvoll das Eintreten des Wasserdampfs in die Luftblasen. Dies hindert kondensierten Wasserdampf daran, den Innendruck der Luftblasen anzuheben.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung deutlich wird, stellt die vierte Ausführungsform ein fünftes Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats zur Verfügung, welches eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das fünfte Herstellungsverfahren schließt einen Schritt des Bereitstellens einer Abschirmschicht zwischen der ersten keramischen Schicht und der Verbindungsschicht ein. Die Abschirmschicht weist die Porosität kleiner als die der ersten keramischen Schicht auf.
Fünfte Ausführungsform
Die fünfte Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines vielschichtigen Gasmeßfühlers durch Verwenden des herkömmlichen oberen Gesenks, welches mit dem flachen elastischen Element, gezeigt in 16, ausgerüstet ist. Die fünfte Ausführungsform schließt ferner ein Diaphragma (in den Zeichnungen nicht gezeigt) ein, welches an dem oberen Gesenk angebracht ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird das Diaphragma oszilliert, wenn das obere Gesenk zu dem unteren Gesenk hin in dem Verfahren des integralen Laminierens und Verbindens der Folien zu einer angeordneten Einheit gepreßt wird.
Die Erfinder haben ein Prüfelement ausgewertet, welches gemäß dieser Ausführungsform hergestellt wurde, und ein Prüfelement, welches unter Verwendung des herkömmlichen oberen Gesenks hergestellt wurde, das mit dem in 16 gezeigten flachen elastischen Element ausgerüstet war.
Wie die in 31 gezeigte vierte Ausführungsform wird jedes Prüfelement entlang einer Gesamtmenge von drei Schnittlinien b1, b2 und b3 im rechten Winkel zu der Längenrichtung des Prüfelements geschnitten. Die Erfinder haben die Anzahl der Luftblasen gemessen, welche auf jeder Schnittoberfläche gefunden wurden. 32 zeigt die Meßergebnisse. Die Erfinder haben bestätigt, daß das Oszillieren des Diaphragmas mit der Beschleunigung 2G wirksam ist, um die Gesamtanzahl der Luftblasen zu verringern. Das Anheben des Oszillationsniveaus auf 4G jedoch bringt keine erwarteten Wirkungen im Vergleich mit dem Prüfelement, welches unter Verwendung des herkömmlichen oberen Gesenks hergestellt wurde, das mit dem flachen elastischen Element, gezeigt in 16, ausgerüstet war.
33 zeigt die Verteilung unter Bezug auf die Größe (Durchmesser) der Luftblasen. Wie aus 33 verstanden werden kann, ist das Hinzufügen der Oszillation von 2G wirkungsvoll zum Verringern der Größe der Luftblasen. Das Anheben des Oszillationsniveaus auf 4G jedoch bringt keine erwarteten Wirkungen. In dieser Art und Weise kann diese Ausführungsform ein exzellentes keramisches Element zur Verfügung stellen.
Der Ort, an dem das Diaphragma installiert wird, ist nicht auf das obere Gesenk beschränkt. Zum Beispiel kann das Diaphragma an dem unteren Gesenk angebracht sein.
In diesem Bezug stellt die fünfte Ausführungsform ein sechstes Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats zur Verfügung, welches eine erste keramische Schicht und eine zweite keramische Schicht einschließt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Das sechste Herstellungsverfahren schließt die folgenden Schritte 1 bis 5 ein. Der erste Schritt ist das Bilden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien. Der zweite Schritt ist das Abscheiden der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie auf einem unteren Gesenk. Der dritte Schritt ist das Abscheiden der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie auf einem oberen Gesenk mit einer die Verbindungsschicht bildenden Paste, welche zuvor auf der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie beschichtet wurde. Der vierte Schritt ist das Pressen des oberen Gesenks zu dem unteren Gesenk hin oder das Pressen des unteren Gesenks zu dem oberen Gesenk hin, so daß eine integrierte Anordnung der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien erhalten wird, welche zusammen laminiert und verbunden werden, während ein Diaphragma, welches auf dem oberen Gesenk oder dem unteren Gesenk angeordnet ist, oszilliert wird. Und der fünfte Schritt ist das Sintern der integrierten Anordnung der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien.
Ein keramisches Laminat schließt eine erste keramische Schicht (14) und eine zweite keramische Schicht (13) ein, welche über eine Verbindungsschicht (3) miteinander laminiert sind. Die erste keramische Schicht weist Gaspermeabilität auf. Die zweite keramische Schicht weist Gasimpermeabilität auf. Ein Verfahren zum Bilden dieses keramischen Laminats schließt einen Schritt des Bildens der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien (24, 23), einen Schritt des Beschichtens einer die Verbindungsschicht bildenden Paste (31) auf der die zweite Schicht bildenden Grünfolie (23), und einen Schritt des integralen Verbindens der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie (24) mit der die Verbindungsschicht bildenden Paste (31) zu einem laminierten Körper ein und dann Sintern des laminierten Körpers.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats, welches eine erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität und eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität einschließt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfaßt: Bilden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien (14, 23), Beschichten einer die Verbindungsschicht bildenden Paste (31) auf der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie (23), und integrales Verbinden der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie (14) mit der die Verbindungsschicht bildenden Paste (31) zu einem laminierten Körper und dann Sintern des laminierten Körpers.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats gemäß eines Verfahrens, das zahlreiche Teile aufnimmt (numerous-pieces-taken method), wobei das keramische Laminat eine erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität und eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität einschließt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind, wobei das Verfahren, das zahlreiche Teile aufnimmt die Schritte umfaßt: Bilden der die erste und zweite zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien (numerous-pieces-taken base sheet) (41, 42) zum Bilden der ersten und zweiten keramischen Schichten; Abscheiden der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie (42) auf einem unteren Gesenk (51); Abscheiden der ersten zahlreiche Teile aufnehmenden Grundfolie (41) auf einer Oberfläche eines oberen Gesenks (50), wobei eine die Verbindungsschicht bildende Paste (43) zuvor auf der ersten zahlreiche Teile aufnehmenden Grundfolie abgeschieden wurde; Pressen des oberen Gesenks (50) zu dem unteren Gesenk (51) hin oder Pressen des unteren Gesenks zu dem oberen Gesenk hin, so daß eine integrierte Anordnung der ersten und zweiten zahlreiche Teile aufnehmenden Grundfolien erhalten wird, welche miteinander laminiert und verbunden sind; und Teilen der integrierten Anordnung zu separaten Körpern und dann Sintern der separaten Körper, wobei die Oberfläche des oberen Gesenks eine stumpfwinklige Oberfläche (500) mit einem Zentralbereich ist, welcher zu dem unteren Gesenk hin hervorragt, und rechte und linke abgeschrägten Bereichen, welche aus dem Zentralbereich zu jeweiligen Randbereichen schrägstehend zurücktreten; und in einem Verfahren des integralen Laminieren und Verbindens der ersten und zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien die stumpfwinklige Oberfläche zunächst ein entsprechendes Zentrum der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie an ihren Zentralbereich preßt und die stumpfwinklige Oberfläche abschließend entsprechende rechte und linke Randbereiche der zweiten zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolie an ihren Randbereichen preßt, wodurch die erste und zweite zahlreiche Stücke aufnehmenden Grundfolien symmetrisch von ihren Zentralbereich zu entsprechenden rechten und linken Randbereichen hin gepreßt und integriert werden.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats, welches eine erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität und eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität einschließt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Bilden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien; Beschichten einer die Verbindungsschicht bildenden Paste auf die die erste keramische Schicht bildende Grünfolie; Plazieren der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie auf der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie; integrales Laminieren und Verbinden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien durch nacheinanderfolgendes Pressen der ersten und zweiten keramischen Schicht bildenden Grünfolie in einer einzelnen Richtung von einem Endbereich zu dem anderen Endbereich hin; und Sintern eines laminierten Körpers der die erste und zweite Schicht bildenden Grünfolien.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats, welches eine erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität und eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität einschließt, welche über eine Verbindungsschicht miteinander laminiert sind, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Bilden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien (61, 62); Beschichten einer die Verbindungsschicht bildenden Paste (63) auf die die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie (61) mit einer Dicke von 5 bis 150 μm; integrales Laminieren und Verbinden der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie (62) auf die die Verbindungsschicht bildenden Paste (63); und Sintern eines laminierten Körpers der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats, welches eine erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität und eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität einschließt, welche über eine Verbindungsschicht miteinander laminiert sind, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Bereitstellen einer Abschirmschicht (141) zwischen der ersten keramischen Schicht und der Verbindungsschicht, wobei die Abschirmschicht die Porosität niedriger als die der ersten keramischen Schicht aufweist.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats nach Anspruch 5, wobei die Porosität der Abschirmschicht (141) gleich oder kleiner als 2 % ist.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Laminats, welches eine erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität und eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität einschließt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Bilden der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien; Abscheiden der die zweite keramische Schicht bildenden Grünfolie auf einem unteren Gesenk; Abscheiden der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie auf einem oberen Gesenk mit einer die Verbindungsschicht bildenden Paste, welche zuvor auf der die erste keramische Schicht bildenden Grünfolie beschichtet wurde; Pressen des oberen Gesenks zu dem unteren Gesenk hin oder Pressen des unteren Gesenks zu dem oberen Gesenk hin, so daß eine integrierte Anordnung der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien erhalten wird, welche miteinander laminiert und verbunden sind, während ein Diaphragma, welches auf dem oberen Gesenk oder dem unteren Gesenk angeordnet ist, oszilliert wird; und Sintern der integralen Anordnung der die erste und zweite keramische Schicht bildenden Grünfolien.
Verfahren zur Herstellung eines vielschichtigen Gasmeßfühlers zum Erfassen der Konzentration eines spezifischen Gases, welches in einem Meßgas enthalten ist, wobei der vielschichtige Gasmeßfühler gemäß des Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Laminats nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
Keramisches Laminat, welches eine erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität und eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität umfaßt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind, wobei keine Luftblasen entlang einer Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der zweiten keramischen Schicht verbleiben und Luftblasen entlang einer Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der ersten keramischen Schicht verbleiben.
Das keramische Laminat nach Anspruch 9, wobei die Luftblasen in einem Raum verbleiben, welcher zwischen einer Vertiefung einer Oberfläche der Verbindungsschicht und der ersten keramischen Schicht begrenzt ist.
Vielschichtiger Gasmeßfühler zum Erfassen der Konzentration eines spezifischen Gases in einem Meßgas, wobei der vielschichtige Gasmeßfühler ein keramisches Laminat einschließt, welches eine erste keramische Schicht mit Gaspermeabilität und eine zweite keramische Schicht mit Gasimpermeabilität umfaßt, welche miteinander über eine Verbindungsschicht laminiert sind, keine Luftblasen verbleiben entlang einer Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der zweiten keramischen Schicht und Luftblasen sind entland einer Grenze zwischen der Verbindungsschicht und der ersten keramischen Schicht anwesend.