DE102004063084A1

DE102004063084A1 - Sensor element for a gas sensor

Info

Publication number: DE102004063084A1
Application number: DE200410063084
Authority: DE
Inventors: Andreas Hachtel; Detlef Heimann; Leonore Schwegler; Lothar Diehl; Thomas Moser; Jürgen Sindel; Annika Kristoffersson; Frank Kowol; Jürgen REISS; Didier Zaegel; Frank Buse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-06
Also published as: JP4740258B2; WO2006069919A1; JP2008525773A; EP1834176A1

Abstract

Es wird ein Sensorelement für einen Gassensor zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Konzentration einer Gaskomponente im Abgas von Brennkraftmaschinen, angegeben, das einen insbesondere laminierten Keramikkörper (11) mit einem Messgasraum (12) aufweist, der über eine Diffusionsbarriere (21) mit dem Messgas in Verbindung steht. Zur Erzielung einer für eine kontrollierte Gasdiffusion erforderlichen Gasdurchlässigkeit der Diffusionsbarriere (21) in engen Fertigungstoleranzgrenzen, so dass ein nachfolgendes Trimmen oder Kalibrieren des gefertigten Sensorelements entfallen kann, sind in der Diffusionsbarriere (21) Hohlräume in definierter, geometrischer Ordnung ausgebildet. Vorzugsweise sind die Hohlräume als feine verzweigte Kanäle (30) im mum-Bereich ausgebildet, durch deren Form und Anordnung die gewünschte Gasdurchlässigkeit hochgenau festgelegt werden kann (Fig. 3).The invention relates to a sensor element for a gas sensor for determining the physical property of a measurement gas, in particular the concentration of a gas component in the exhaust gas of internal combustion engines, which has a particularly laminated ceramic body (11) with a measurement gas space (12) which is spread over a diffusion barrier (21). is in communication with the sample gas. In order to achieve a gas permeability of the diffusion barrier (21) required for a controlled gas diffusion in narrow production tolerance limits, so that a subsequent trimming or calibration of the manufactured sensor element can be dispensed with, cavities are formed in defined, geometric order in the diffusion barrier (21). Preferably, the cavities are formed as fine branched channels (30) in the mum region, through the shape and arrangement of the desired gas permeability can be determined with high accuracy (Fig. 3).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Sensorelement für einen Gassensor zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Konzentration einer Gaskomponente im Abgas von Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on a sensor element for a gas sensor for determination a physical property of a measuring gas, in particular the Concentration of a gas component in the exhaust gas of internal combustion engines, according to the preamble of claim 1.

Sensorelemente zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Abgas von Brennkraftmaschinen, wie beispielsweise Breitband-Lambdasonden, besitzen eine poröse Diffusionsbarriere, die eine Trennung des Abgases von einem Hohlraum mit Pump- und Nernstelektrode bezweckt. Die Diffusionsbarriere wird im Siebdruckverfahren mit definierter Schichtdicke hergestellt, wobei die Schichtdicke im Fertigungsprozess kontrolliert wird. Durch Beeinflussung der Porenanzahl, Porengröße und Porenverteilung wird versucht, einen bestimmten Diffusionswiderstand einzustellen, der für die Empfindlichkeit der Sonde von grundlegender Bedeutung ist. Da diese Art der Herstellung des Diffusionswiderstandes aber nur ein relativ grobes Prozessfenster ermöglicht, müssen die gefertigten Sensoren anschließend durch einen nachträglichen Eingriff abgeglichen, getrimmt oder kalibriert werden.sensor elements for measuring the oxygen concentration in the exhaust gas of internal combustion engines, such as broadband lambda probes, have a porous diffusion barrier, the separation of the exhaust gas from a cavity with pumping and Nernst electrode aims. The diffusion barrier is screen-printed with defined layer thickness, wherein the layer thickness in Manufacturing process is controlled. By influencing the number of pores, Pore size and pore distribution an attempt is made to set a certain diffusion resistance, the for the sensitivity of the probe is of fundamental importance. This one Way of producing the diffusion resistance but only a relative coarse process window allows have to the manufactured sensors subsequently by a subsequent Intervention be adjusted, trimmed or calibrated.

Bei einem bekannten derartigen Kalibrierungsverfahren ( DE 198 17 012 A1 ) wird ein Gaszutrittsloch, das im wesentlichen senkrecht durch die Oberfläche des Festelektrolyten hindurchgeführt ist und im Endbereich von der Diffusionsbarriere umschlossen ist, gezielt im Durchmesser vergrößert, wodurch der Diffusionswiderstand der Diffusionsbarriere linear verkleinert wird.In a known such calibration method ( DE 198 17 012 A1 ), a gas inlet hole, which is passed substantially perpendicularly through the surface of the solid electrolyte and is enclosed in the end region of the diffusion barrier, selectively increased in diameter, whereby the diffusion resistance of the diffusion barrier is linearly reduced.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Sensorelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die für eine kontrollierte Gasdiffusion erforderliche Porosität der Diffusionsbarriere durch eine gezielte Strukturierung des Barrierematerials und nicht durch eine zufällige Verteilung von Poren erzeugt wird. Dadurch kann bei der Fertigung das Prozessfenster deutlich kleiner gehalten werden, so dass nachträgliche Prozessschritte für Trimmen oder Kalibrieren des Sensorelements entfallen. Darüber hinaus wird die Möglichkeit eröffnet, für jede Anwendung der Sensoren zur toleranzgenauen Erzielung der gewünschten Porosität der Diffusionsbarriere die optimale Bemessung der Hohlräume und ihrer geometrischen Verteilung zu berechnen, zu simulieren oder zu modellieren. Damit lassen sich die Strömungsverhältnisse durch die Diffusionsbarriere gezielt so gestalten, dass zusätzlich ein optimales Verhältnis zwischen dynamischer und statischer Druckabhängigkeit des Messsignals eingestellt werden kann.The inventive sensor element with the features of claim 1 has the advantage that for a controlled Gas diffusion required porosity of the diffusion barrier a targeted structuring of the barrier material and not by a random one Distribution of pores is generated. This can be during production the process window can be kept significantly smaller, so that subsequent process steps for trimming or calibration of the sensor element omitted. Furthermore becomes the possibility opened, for every Application of the sensors for tolerance-accurate achievement of the desired porosity the diffusion barrier the optimal dimensioning of the cavities and their geometric distribution to calculate, simulate or to model. This allows the flow conditions through the diffusion barrier specifically designed so that in addition an optimal ratio set between dynamic and static pressure dependence of the measured signal can be.

Durch die in den Ansprüchen 2 bis 13 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Sensorelements möglich.By those in the claims 2 to 13 listed activities are advantageous developments and improvements of the claim 1 specified sensor element possible.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Hohlräume von fein verzweigten Kanälen im μm-Bereich gebildet, wobei die verzweigten Kanäle vorzugsweise eine Vernetzung von in Strömungsrichtung des Messgases verlaufenden Kanallängszweigen und quer dazu verlaufenden Kanalquerzweigen, die an den Kreuzungsstellen miteinander verbunden sind, bilden. Dabei kann die Zahl der einerseits messgasseitig mündenden Kanallängszweige und die Zahl der andererseits messgasraumseitig mündenden Kanallängszweige gleich oder unterschiedlich gewählt und somit der Gesamteingangsquerschnitt und der Gesamtausgangsquerschnitt der Diffusionsbarriere gleich oder unterschiedlich gemacht werden.According to one preferred embodiment of Invention are the cavities of finely branched channels in the μm range formed, wherein the branched channels preferably a network of in the flow direction of the measuring gas extending channel longitudinal branches and transversely extending channel transverse branches, which are interconnected at the intersection, form. The number of on the one hand messgasseitig opening Channel series arms and the number of the other side gas side opening Channel series arms chosen the same or different and thus the total input cross section and the total output cross section the diffusion barrier can be made the same or different.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Kanäle so ausgebildet, dass ihr Querschnitt mit zunehmender Nähe zum Messgasraum hin abnimmt. Dadurch wird die Neigung der Diffusionsbarriere zu einer Versottung, d.h. zu einer Verstopfung durch Abgasaschen, die zu einem Ansteigen des Diffusionswiderstandes der Diffusionsbarriere führt, stark abgeschwächt.According to one advantageous embodiment of the Invention are the channels designed so that their cross section with increasing proximity to the sample gas space decreases. This increases the inclination of the diffusion barrier a sooting, i. to a blockage by exhaust gas pockets, the to an increase of the diffusion resistance of the diffusion barrier leads, strongly weakened.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind an ausgewählten Stellen der Kanäle volumengroße Kammern ausgebildet, wobei die ausgewählten Stellen vorzugsweise an ausgewählten Verbindungsstellen der Längs- und Querkanalzweige angeordnet sind. In diesen volumengroßen Kammern werden Partikel, die zu einer Versottung führen können, abgeschieden, ohne den Diffusionsstrom zu behindern. Außerdem werden durch diese Kammern im Messgas auftretende Druckschwankungen, die das Sensorsignal beeinflussen, abgemildert und nur noch teilweise an den Messgasraum weitergeleitet. Die Kammern bewirken damit sozusagen eine Pufferung des im Messgas auftretenden Überdrucks.According to one another advantageous embodiment of the invention are selected Make the channels volume large Chambers formed, the selected locations preferably at selected Connecting points of the longitudinal and transverse channel branches are arranged. In these volume-sized chambers Particles that can lead to a sooting are separated, without the diffusion current to hinder. Furthermore be caused by these chambers in the sample gas pressure fluctuations, which affect the sensor signal, mitigated and only partially forwarded to the sample gas chamber. The chambers effect so to speak a buffering of the overpressure occurring in the sample gas.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Hohlräume von unsymmetrischen, gerichtet angeordneten Poren mit vorgegebener, z.B. keilförmiger Geometrie gebildet. Bei Keilformausbildung sind die Poren durch eine dem Messgasraum zugekehrte hintere Wand, die quer zur Strömungsrichtung des Messgases durch die Diffusionsbarriere ausgerichtet ist, und durch zwei einander gegenüberliegende, schräg verlaufende Wände, die auf der von Messgasraum abgekehrten Seite der hinteren Wand sich von der hinteren Wand weg mit zunehmend reduziertem Abstand voneinander erstrecken, begrenzt. Aufgrund dieser Geometrie setzen die Poren der Messgasströmung in der Diffusionsbarriere einen Strömungswiderstand entgegen, der in Strömungsrichtung zum Messgasraum größer als in Strömungsrichtung aus dem Messgasraum ist. Durch diese Strukturierung der Diffusionsbarriere wird eine positive Mittelwertverschiebung des Ausgangssignals des Sensorelements, die durch das Abpumpen der einen Gaskomponente, z.B. des Sauerstoffs, aus dem Messgasraum entsteht, kompensiert; denn die Strukturierung erschwert den Messgaseinstrom in den Messgasraum gegenüber dem Messgasausstrom aus dem Messgasraum, so dass durch den geringeren Messgaseinstrom in den Messgasraum die Druckerhöhung im Messgasraum kleiner bleibt und damit das Ausgangssignals des Sensorelements sinkt. Darüber hinaus wird durch die Strukturierung ein verstärkter Austransport von Aschepartikeln bewirkt, die zu einer schnelleren Versottung der Diffusionsbarriere führen würden.According to an advantageous embodiment of the invention, the cavities are formed by asymmetrical, directionally arranged pores having a predetermined, for example, wedge-shaped geometry. In Keilformausbildung the pores are through a measuring gas chamber facing the rear wall, which is aligned transversely to the flow direction of the sample gas through the diffusion barrier, and by two opposing inclined walls on the side facing away from the sample gas chamber side of the back The walls are separated from each other by the rear wall at an increasingly reduced distance. Due to this geometry, the pores of the measurement gas flow in the diffusion barrier counteract a flow resistance which is greater in the flow direction to the measurement gas space than in the flow direction out of the measurement gas space. By this structuring of the diffusion barrier, a positive mean value shift of the output signal of the sensor element, which results from the pumping out of the one gas component, for example of the oxygen, from the sample gas space, is compensated; because the structuring makes it difficult for the sample gas inlet to flow into the sample gas space from the sample gas space, so that the smaller sample gas flow into the sample gas chamber keeps the pressure increase in the sample gas chamber smaller and thus the output signal of the sensor element decreases. In addition, the structuring causes an increased discharge of ash particles, which would lead to a faster sooting of the diffusion barrier.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die unsymmetrischen, gerichtet angeordneten Poren entweder zur Bildung von in Strömungsrichtung des Messgases verlaufenden Kanälen hintereinandergereiht oder in der Diffusionsbarriere unregelmäßig verteilt angeordnet sein.According to one alternative embodiment of the Invention can the unsymmetrical, directionally arranged pores either for formation from in the direction of flow of the measuring gas running channels strung together or distributed irregularly in the diffusion barrier be arranged.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die in festgelegter geometrischer Ordnung ausgebildeten Hohlräume zwischen voneinander beabstandete Stegen ausgebildet, die quer zur Strömungsrichtung des Messgases durch die Diffusionsbarriere ausgerichtet und hinter- und nebeneinander gereiht sind. Vorteilhaft sind parallele Reihen von äquidistant hintereinander angeordneten Stegen zueinander in Längsrichtung versetzt, vorzugsweise so, dass die Stege benachbarter Reihen um einen halben Stegabstand gegeneinander verschoben sind. Durch diese Art der Strukturierung der Diffusionsbarriere ist letztere mit einer Strömungsbremse versehen, die den Gasdiffusionsstrom durch die Diffusionsbarriere nur wenig verkleinert, jedoch den durch Änderungen des Gesamtdrucks im Messgas hervorgerufenen, unerwünschten Ein- und Ausstrom des Messgases in den bzw. aus dem Messgasraum und damit die periodischen Änderungen des Ausgangssignals der Sonde, die sog. dynamische Druckabhängigkeit, reduziert.According to one advantageous embodiment of the Invention are formed in a fixed geometric order cavities formed between spaced-apart webs, which are transverse to the flow direction of the sample gas is aligned through the diffusion barrier and and lined up next to each other. Advantageously, parallel rows of equidistant consecutively arranged webs to each other in the longitudinal direction offset, preferably so that the webs of adjacent rows to half a distance between bars are shifted from each other. Through this The structuring of the diffusion barrier is the latter with a Provided flow brake, the gas diffusion through the diffusion barrier only a little reduced, but by changes the total pressure in the sample gas caused undesirable Inlet and outflow of the sample gas into and out of the sample gas chamber and so that the periodic changes the output signal of the probe, the so-called dynamic pressure dependence, reduced.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer porösen Diffusionsbarriere in einem Sensorelement für Gassensoren ist in dem unabhängigen Anspruch 14 und in dem unabhängigen Anspruch 19 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 14 angegebenen Verfahrens ergeben sich aus den auf Anspruch 14 rückbezogenen Ansprüchen 15 bis 18.One advantageous method for producing a porous diffusion barrier in a sensor element for Gas sensors is in the independent Claim 14 and in the independent Claim 19 specified. Advantageous developments and improvements of the method specified in claim 14 emerge from the on Claim 14 claims 15 to 18.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematisierter Darstellung:The The invention is based on embodiments shown in the drawing explained in more detail in the following description. They show in schematic form Presentation:

1 einen Längsschnitt eines Sensorelements für eine planare Breitband-Lambdasonde, 1 a longitudinal section of a sensor element for a planar broadband lambda probe,

2 einen Schnitt längs der Linie II–II in 1, 2 a section along the line II-II in 1 .

3 eine mikroskopische Vergrößerung eines Querschnitts einer Diffusionsbarriere im Sensorelement gemäß 1 und 2, 3 a microscopic enlargement of a cross section of a diffusion barrier in the sensor element according to 1 and 2 .

4 einen Schnitt längs der Linie IV–IV in 3, 4 a section along the line IV-IV in 3 .

5 eine gleiche Darstellung wie in 3 von drei modifizierten Ausführungsbeispielen der Diffusionsbarriere, 5 a same representation as in 3 of three modified embodiments of the diffusion barrier,

6 bis 9 jeweils auschnittweise einen Querschnitt einer Diffusionsbarriere gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, 6 to 9 each auschnittweise a cross section of a diffusion barrier according to further embodiments,

10 eine Illustrierung einzelner Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung der Diffusionsbarriere gemäß 3. 10 an illustration of individual process steps of a method for producing the diffusion barrier according to 3 ,

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

Das in der Zeichnung schematisch im Längsschnitt ausschnittweise dargestellte Sensorelement für eine Grenzstromsonde zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente in einem Gasgemisch wird beispielsweise in einer Breitband-Lambdasonde zum Messen der Sauerstoffkonzentration im Abgas von Brennkraftmaschinen eingesetzt, wie sie in der DE 199 41 051 A1 in Aufbau und Wirkungsweise beschrieben ist. Das Sensorelement weist einen Keramikkörper 11 aus einer Mehrzahl von sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschichten 11a bis 11d auf, die als keramische Folien aus yttriumstabilisiertem Zirkoniumoxid (ZrO₂) ausgeführt und zusammenlaminiert sind. Im Sensorelement sind zwei Gasräume ausgebildet, und zwar ein Messgasraum 12 und ein Referenzgaskanal 13, die in der gleichen Festelektrolytschicht 11b angeordnet und durch eine gasdichte Trennwand 14 voneinander getrennt sind. Im Referenzgaskanal 13, der an einem Ende aus dem Sensorelement herausgeführt ist und mit einer Referenzgasatmosphäre, z.B. Luft, in Verbindung steht, ist eine Referenzelektrode 15 angeordnet. Im Messgasraum 12 ist auf die Festelektrolytschicht 11c eine ringförmige Messelektrode 17 aufgedruckt, die zusammen mit der Referenzelektrode 15 eine Nernst- oder Konzentrationszelle bildet. Der Messelektroden 17 gegenüberliegend ist eine innere, ebenfalls kreisringförmige Pumpelektrode 18 auf der Festelektrolytschicht 11a angeordnet, die zusammen mit einer außen auf der Festelektrolytschicht 11a aufgebrachten, kreisringförmigen, äußeren Pumpelektrode 19 eine Pumpzelle bildet. Die äußere Pumpelektrode 19 ist von einer porösen Schutzschicht 20 bedeckt. Alle Elektroden 15, 17, 18, 19 bestehen aus einem katalytisch aktiven Material, beispielsweise Platin, wobei das Elektrodenmaterial als Cermet eingesetzt wird, um eine Versinterung mit den keramischen Folien der Festelektrolytschichten 11 zu gewährleisten. Alle Elektroden 15, 17, 18, 19 sind mit einer Leiterbahn kontaktiert, von denen in 1 die auf der Oberfläche der Festelektrolytschicht 11a aufgebrachte Leiterbahn 22, die zu der äußeren Pumpelektrode 19 führt, und in 2 die zu der Messelektrode 17 führende Leiterbahn 25 und die zur Referenzelektrode 15 führende Leiterbahn 26 zu erkennen sind. Zwischen den Festelektrolytschichten 11c und 11d ist ein elektrischer Widerstandheizer 23 angeordnet, der in einer elektrischen Isolation 24, die beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) besteht, eingebettet ist. Mittels des Widerstandheizers 23 wird das Sensorelement auf die entsprechende Betriebstemperatur zwischen 700°C und 900°C erwärmt.The schematically illustrated in the drawing in longitudinal section fragmentary sensor element for a limiting current probe for determining the concentration of a gas component in a gas mixture is used for example in a broadband lambda probe for measuring the oxygen concentration in the exhaust gas of internal combustion engines, as described in the DE 199 41 051 A1 in structure and mode of action is described. The sensor element has a ceramic body 11 from a plurality of oxygen ion conductive solid electrolyte layers 11a to 11d carried out as ceramic films of yttrium-stabilized zirconia (ZrO ₂ ) and laminated together. In the sensor element two gas chambers are formed, namely a sample gas space 12 and a reference gas channel 13 that are in the same solid electrolyte layer 11b arranged and through a gas-tight partition 14 are separated from each other. In the reference gas channel 13 which is led out of the sensor element at one end and communicates with a reference gas atmosphere, eg, air, is a reference electrode 15 arranged. In the sample gas room 12 is on the solid electrolyte layer 11c an annular measuring electrode 17 imprinted, the together with the reference electrode 15 forms a Nernst or concentration cell. The measuring electrodes 17 opposite is an inner, also annular pump electrode 18 on the solid electrolyte layer 11a arranged, together with an outside on the solid electrolyte layer 11a applied, annular, outer pumping electrode 19 forms a pump cell. The outer pump electrode 19 is from a porous protective layer 20 covered. All electrodes 15 . 17 . 18 . 19 consist of a catalytically active material, such as platinum, wherein the electrode material is used as cermet to sintering with the ceramic films of the solid electrolyte layers 11 to ensure. All electrodes 15 . 17 . 18 . 19 are contacted with a conductor, of which in 1 on the surface of the solid electrolyte layer 11a applied trace 22 leading to the outer pumping electrode 19 leads, and in 2 that to the measuring electrode 17 leading track 25 and the reference electrode 15 leading track 26 can be seen. Between the solid electrolyte layers 11c and 11d is an electrical resistance heater 23 arranged in an electrical isolation 24 , which consists for example of alumina (Al ₂ O ₃ ) is embedded. By means of the resistance heater 23 the sensor element is heated to the appropriate operating temperature between 700 ° C and 900 ° C.

Zentral zum kreisringförmigen Messgasraum 12 durchdringt ein Gaszutrittsloch 16 senkrecht die Festelektrolytschicht 11a. Zwischen dem Endbereich des Gaszutrittslochs 16 und dem Messgasraum 12 ist eine poröse Diffusionsbarriere 21 angeordnet. Die Diffusionsbarriere 21 besitzt einen Diffusionswiderstand bezüglich des in den Messgasraum 12 zu den Elektroden 17, 18 diffundierenden Mess- bzw. Abgases aus der Umgebung des Sensorelements. Der Diffusionswiderstand der Diffusionsbarriere 21 ist für die Empfindlichkeit des Sensorelements im späteren Betrieb von wesentlicher Bedeutung. Er dient dazu, den Gaszutritt zu dem Messgasraum 12 zu regeln und die Empfindlichkeit des Sensorelements für Druckänderungen im Abgas bei niedrigen Frequenzen zu dämpfen. Der Diffusionswiderstand der Diffusionsbarriere 21 muss daher im Fertigungsprozess in einem engen Toleranzbereich eingehalten werden oder nach der Herstellung abgeglichen, getrimmt oder kalibriert werden.Centrally to the annular measuring gas space 12 penetrates a gas access hole 16 perpendicular to the solid electrolyte layer 11a , Between the end area of the gas inlet hole 16 and the sample gas space 12 is a porous diffusion barrier 21 arranged. The diffusion barrier 21 has a diffusion resistance with respect to the in the sample gas space 12 to the electrodes 17 . 18 diffusing measuring or exhaust gas from the environment of the sensor element. The diffusion resistance of the diffusion barrier 21 is essential for the sensitivity of the sensor element in later operation. It serves to provide gas access to the sample gas space 12 to control and to attenuate the sensitivity of the sensor element for pressure changes in the exhaust gas at low frequencies. The diffusion resistance of the diffusion barrier 21 must therefore be maintained in the production process within a narrow tolerance range or be adjusted, trimmed or calibrated after production.

Um die Diffusionsbarriere 21 bezüglich ihres Diffusionswiderstands im Fertigungsprozess so toleranzgenau herstellen zu können, damit der nachträgliche Trimm- oder Kalibrierprozess vermieden wird, sind in der Diffusionsbarriere 21 Hohlräume in definierter, geometrischer Ordnung so ausgebildet, dass die Porosität der Diffusionsbarriere 21 und somit deren Diffusionswiderstand gezielt und toleranzgenau eingestellt ist.To the diffusion barrier 21 in terms of their diffusion resistance in the manufacturing process so tolerance to produce, so that the subsequent trim or calibration process is avoided, are in the diffusion barrier 21 Cavities in defined, geometric order designed so that the porosity of the diffusion barrier 21 and thus their diffusion resistance is set specifically and tolerances.

Im Ausführungsbeispiel der 3 und 4 sind die Hohlräume von verzweigten Kanälen 30 gebildet, die eine Vernetzung von in Strömungsrichtung des Messgases verlaufenden Kanallängszweigen 301 und quer dazu verlaufenden Kanalquerzweigen 302 bilden. Infolge der kreisringförmigen Ausbildung der Diffusionsbarriere 21 verlaufen entsprechend die Kanallängszweige 301 radial und die Kanalquerzweige 302 konzentrisch. Alle Kanalzweige 301, 302 sind an den Kreuzungsstellen miteinander verbunden. Die Kanallängszweige 301 münden einerseits in das vom Abgas beaufschlagten Gaszutrittsloch 16 und andererseits in den Messgasraum 12. Wie die Schnittdarstellung in 4 zeigt, ist die Vernetzung von Kanallängszweigen 301 und Kanalquerzweigen 302 in einer Schicht 31 aus Barrierematerial eingebettet, die von einer Deckschicht 32 aus Barrierematerial, vorzugsweise einer hochgefüllten, gasdichten Keramik, überzogen ist. Die Vernetzung der hochfeinen Kanalzweige 301, 302, deren Querschnitte im μm-Bereich liegen, wird entweder in die auf die Festelektrolytschicht 11b aufgedruckte Schicht 31 mittels Laser eingeschnitten oder mittels eines photolithographischen Prozesses erzeugt. Beim photolithographischen Prozess kann entweder das keramische Material dicht strukturiert oder eine mit Kohlenstoff gefüllte, strukturierbare Paste verwendet werden, die als Platzhalter für die Kanäle 30 strukturiert und mit einer gasdicht sinternden Paste überdruckt wird, die dann auch die Kanäle 30 ausfüllt. Im anschließenden Sinterprozess brennt der Kohlenstoff ab, so dass das strukturierte Kanalzweigsystem entsteht.In the embodiment of 3 and 4 are the cavities of branched channels 30 formed, the networking of extending in the flow direction of the measuring gas channel longitudinal branches 301 and transversely extending channel transverse branches 302 form. As a result of the annular formation of the diffusion barrier 21 run according to the Kanallängszweige 301 radially and the channel transverse branches 302 concentric. All channel branches 301 . 302 are interconnected at the intersections. The channel longitudinal branches 301 on the one hand lead into the gas inlet hole acted upon by the exhaust gas 16 and on the other hand into the sample gas space 12 , Like the sectional view in 4 shows is the networking of channel branches 301 and channel branches 302 in one shift 31 embedded from barrier material, by a cover layer 32 from barrier material, preferably a highly filled, gas-tight ceramic, is coated. The networking of the high-fine channel branches 301 . 302 whose cross-sections are in the micron range, either in the on the solid electrolyte layer 11b printed layer 31 cut by laser or generated by means of a photolithographic process. In the photolithographic process, either the ceramic material may be densely structured or a carbon filled, structurable paste may be used as a placeholder for the channels 30 is structured and overprinted with a gastight sintering paste, which then also the channels 30 fills. In the subsequent sintering process, the carbon burns off to form the structured channel branch system.

In dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 münden alle Kanallängszweige 301 sowohl in das Gaszutrittsloch 16 als auch in den Messgasraum 12. Durch Verschließen von diversen Kanalmündungen kann der Diffusionsstrom in der Diffusionsbarriere 21 beeinflusst werden. Münden, wie in 5a schematisiert dargestellt ist, alle Kanallängszweige 301 ins Gaszutrittsloch 16 und nur ein Teil der Kanallängszweige 301 in den Messgasraum 12, so ist der Eingangsdiffusionsquerschnitt der Diffusionsbarriere 21 und damit der Eingangsdiffusionsstrom größer als der Ausgangsdiffusionsquerschnitt bzw. der Ausgangsdiffusioinsstrom. Münden dagegen – wie dies in 5b dargestellt ist – alle Kanallängszweige 301 in den Messgasraum 12 und nur ein Teil der Kanallängszweige 301 in das Gaszutrittsloch 16, so ist der Eingangsdiffusionsstrom der Diffusionsbarriere 21 kleiner als der Ausgangsdiffusionsstrom. Im Ausführungsbeispiel der 5c münden gleich viele Kanallängszweige 301, und zwar jeder zweiter Kanallängszweig 301, sowohl in den Messgasraum 12 als auch in das Gaszutrittsloch 16. Eingangsdiffusionsquerschnitt und Ausgangsdiffusionsquerschnitt der Diffusionsbarriere 21 sind gleich groß.In the embodiment of 3 and 4 all channel longitudinal branches open 301 both in the gas access hole 16 as well as in the sample gas chamber 12 , By closing various duct openings, the diffusion current in the diffusion barrier 21 to be influenced. Münden, as in 5a is shown schematically, all channel longitudinal branches 301 into the gas access hole 16 and only a part of the channel longitudinal branches 301 into the sample gas chamber 12 , the input diffusion cross section is the diffusion barrier 21 and thus the input diffusion current is greater than the output diffusion cross-section and the Ausgangsdiffusioinsstrom. Münden on the other hand - as in 5b is shown - all channel longitudinal branches 301 into the sample gas chamber 12 and only a part of the channel longitudinal branches 301 in the gas access hole 16 , the input diffusion current is the diffusion barrier 21 smaller than the output diffusion current. In the embodiment of 5c lead the same number of channel branches 301 , and every second channel longitudinal branch 301 , both in the sample gas chamber 12 as well as in the gas access hole 16 , Input diffusion cross section and exit diffusion cross section of the diffusion barrier 21 are the same size.

In dem in 6 ausschnittweise dargestellten Ausführungsbeispiel einer modifizierten Diffusionsbarriere 21 ist in der Schicht 31 aus Barrierematerial 31 wieder eine Vernetzung von in Strömungsrichtung des Messgases verlaufenden Kanallängszweigen 301 und quer dazu verlaufenden Kanalquerzweigen 302 eingebettet. Eine Mehrzahl von Kanallängszweigen 301 münden in den Messgasraum 12 und eine größere Zahl von Kanallängszweigen 301 in das Gaszutrittsloch 16. Die Kanäle 11, also sowohl die Kanallängszweige 301 als auch die Kanalquerzweige 302, sind so ausgebildet, dass ihr Querschnitt mit zunehmender Nähe zum Messgasraum 12 abnimmt. Außerdem sind an ausgewählten Stellen der Kanäle 30, vorzugsweise der querschnittsgrößten Kanäle 30, im Ausführungsbeispiel der 6 also in dem dem Gaszutrittsloch 16 am nächsten liegenden Kanalquerzweig 302, volumengroße Kammern 33 ausgebildet, in denen im Gaszutrittsloch 16 frei auslaufende Kanallängszweige 301 münden. In diesen großvolumigen Kammern 33 können sich Ruß- und Aschepartikel 34 ablagern, wodurch einer Versottung der Diffusionsbarriere 21 durch Verstopfen der Kanäle 30 durch diese Ruß- und Aschepartikel 34 entgegengewirkt wird.In the in 6 partially illustrated embodiment of a modified diffuser onsbarriere 21 is in the layer 31 from barrier material 31 again a cross-linking of running in the flow direction of the measuring gas channel longitudinal branches 301 and transversely extending channel transverse branches 302 embedded. A plurality of channel longitudinal branches 301 open into the sample gas chamber 12 and a larger number of channel branches 301 in the gas access hole 16 , The channels 11 , so both the Kanallängszweige 301 as well as the channel cross branches 302 , are designed so that their cross section with increasing proximity to the sample gas space 12 decreases. In addition, at selected points of the channels 30 , preferably the cross-sectional largest channels 30 , in the embodiment of 6 So in the gas access hole 16 nearest channel branch 302 , volume-sized chambers 33 formed in which in the gas inlet hole 16 free expiring Kanallängszweige 301 lead. In these large-volume chambers 33 can become soot and ash particles 34 deposit, causing a sooting of the diffusion barrier 21 by clogging the channels 30 through these soot and ash particles 34 counteracted.

Bei den in 7 und 8 ausschnittweise dargestellten Ausführungsbeispielen der Diffusionsbarriere 21 sind die in festgelegter, geometrischer Ordnung ausgebildeten Hohlräume von unsymmetrischen, gerichtet angeordneten Poren 35 bzw. 36 gebildet. Die Poren 35 bzw. 36 weisen Keilform auf und sind jeweils durch eine dem Messgasraum 12 zugekehrte Querwand 37, die quer zur Strömungsrichtung des Abgases durch die Diffusionsbarriere 21 ausgerichtet ist, und durch zwei einander gegenüberliegende Schrägwände 38, die auf der von dem Messgasraum 12 abgekehrten Seite der Querwand 37 sich von der Querwand 37 weg mit zunehmend reduziertem Abstand voneinander erstrecken, begrenzt. Damit weisen die Keilspitzen der Poren 35, 36 in Strömungsrichtung des Messgasausstroms aus dem Messgasraum 12. Im Ausführungsbeispiel der 7 sind die unsymmetrischen Poren 35 zur Bildung von in Strömungsrichtung des Messgases verlaufenden parallelen Kanälen hintereinander gereiht. Die Poren 35 werden beispielsweise mittels eines Lasers in der beschriebenen geometrischen Gestalt in die Schicht 31 aus Barrierematerial eingeschnitten oder mittels eines photolithographischen Prozesses in der Schicht 31 aus Barrierematerial erzeugt. Die in Strömungsrichtung des Messgases unsymmetrischen Poren 36 im Ausführungsbeispiel der 8 sind unregelmäßig verteilt in der Schicht 31 aus Barrierematerial angeordnet. Sie werden beispielsweise dadurch hergestellt, dass in einer Paste aus Barrierematerial zwei verschiedene Fraktionen von Partikeln mit unterschiedlicher Partikelgröße aus einem im Sinterprozess ausbrennfähigen Material durch Zentrifugation oder Separation der Paste aneinander angelagert werden und diese Paste dann auf die Festelektrolytschicht 11b aufgetragen wird. Auch hier wird die Paste mit der Deckschicht 32 aus hochgefüllter Keramik überdeckt, wie dies in 4 dargestellt ist. Im Sinterprozess brennen die Partikel aus, wodurch sich die Poren 36 in der beschriebenen Gestalt bilden. Auch im Ausführungsbeispiel der 7 ist die mit den Poren 35 versehene Schicht 31 aus Barrierematerial von einer Deckschicht 32 gemäß 4 überdeckt. Vor Aufbringen dieser Deckschicht 32 aus hochgefüllter Keramik werden die eingeschnittenen Poren 35 mit einer ausbrennfähigen Paste verfüllt, die dann im Sinterprozess vollständig verbrennt.At the in 7 and 8th partially illustrated embodiments of the diffusion barrier 21 are the cavities formed in fixed, geometric order of unbalanced, directionally arranged pores 35 respectively. 36 educated. The pores 35 respectively. 36 have wedge shape and are each through a the sample gas space 12 facing transverse wall 37 transverse to the flow direction of the exhaust gas through the diffusion barrier 21 is aligned, and by two opposing inclined walls 38 on the from the sample gas chamber 12 turned away side of the transverse wall 37 away from the bulkhead 37 extend away with increasingly reduced distance from each other. This shows the wedge points of the pores 35 . 36 in the flow direction of the sample gas outlet from the sample gas space 12 , In the embodiment of 7 are the unbalanced pores 35 lined up in succession to form parallel channels running in the flow direction of the measurement gas. The pores 35 For example, by means of a laser in the described geometric shape in the layer 31 cut from barrier material or by means of a photolithographic process in the layer 31 generated from barrier material. The asymmetrical in the flow direction of the sample gas pores 36 in the embodiment of 8th are irregularly distributed in the layer 31 arranged from barrier material. They are produced, for example, in that in a paste of barrier material, two different fractions of particles with different particle sizes are deposited from a material combustible in the sintering process by centrifugation or separation of the paste and this paste is then applied to the solid electrolyte layer 11b is applied. Again, the paste with the topcoat 32 covered in highly filled ceramic, as shown in 4 is shown. In the sintering process, the particles burn out, causing the pores 36 form in the described form. Also in the embodiment of 7 is the one with the pores 35 provided layer 31 from barrier material from a topcoat 32 according to 4 covered. Before applying this topcoat 32 The cutted pores become highly filled ceramics 35 filled with a burnable paste, which then burns completely in the sintering process.

In dem in 9 ausschnittweise dargestellten Ausführungsbeispiel der Diffusionsbarriere 21 sind die Hohlräume zwischen voneinander beabstandeten Stegen 39 ausgebildet, die quer zur Strömungsrichtung des Abgases durch die Diffusionsbarriere 21 ausgerichtet sind. Vorzugsweise sind dabei parallele Reihen von äquidistant hintereinander angeordneten Stegen 39 zueinander in Längsrichtung versetzt, und zwar derart, dass die Stege 39 benachbarter Reihen um eine halbe Steglänge gegeneinander verschoben sind. Die Stege 39 weisen beispielhaft eine Breite oder Dicke zwischen 10μm und 100μm, vorzugsweise 50μm, und eine Länge zwischen 50μm und 500μm, vorzugsweise 200μm, auf. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 können die Stege 39 durch Einschneiden mittels Lasers in die Schicht 31 aus Barrierematerial oder in einem lithographischen Prozess hergestellt werden, bei dem eine ungefüllte Photoresistpaste auf die Festelektrolytschicht 11b aufgedruckt wird, die Stege 39 durch Belichten hergestellt und die beim Entwickeln der Paste entstehenden Hohlräume mittels einer mit Barrierematerial gefüllten Paste verfüllt werden. Danach wird, wie dies in 4 dargestellt ist, eine Deckschicht 32 aus hochgefüllter Keramik 32 aufgedruckt und in einem anschließenden Sinterprozess die Photoresistpaste vollständig ausgebrannt.In the in 9 partially illustrated embodiment of the diffusion barrier 21 are the cavities between spaced ridges 39 formed transversely to the flow direction of the exhaust gas through the diffusion barrier 21 are aligned. Preferably, parallel rows of equidistantly arranged behind one another webs 39 offset from each other in the longitudinal direction, in such a way that the webs 39 adjacent rows are shifted by half a bridge length against each other. The bridges 39 have, for example, a width or thickness between 10 .mu.m and 100 .mu.m, preferably 50 .mu.m, and a length between 50 .mu.m and 500 .mu.m, preferably 200 .mu.m. As in the embodiment according to 7 can the webs 39 by cutting by laser into the layer 31 be prepared from barrier material or in a lithographic process in which an unfilled photoresist paste on the solid electrolyte layer 11b is printed, the webs 39 prepared by exposure and the resulting voids during development of the paste are filled by means of a barrier material filled with paste. After that, as in 4 is shown, a cover layer 32 made of highly filled ceramics 32 imprinted and completely burned out the photoresist paste in a subsequent sintering process.

Die in 3 bis 6 in verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellte Diffusionsbarriere 21 wird nach folgendem, beispielhaft in 10 illustriertem Verfahren hergestellt.In the 3 to 6 Diffusion barrier shown in various embodiments 21 will be exemplified in the following 10 illustrated method.

In einem ersten Verfahrensschritt, der in 10 durch die Einzelschritte gemäß 10a und 10b illustriert ist, wird auf einem Substrat 40, das als Grünfolie die spätere Festelektrolytschicht 11b des Sensorelements 11 bildet, eine dem Negativ der beschriebenen Hohlraumstruktur in definierter geometrischer Ordnung, also die feinen, miteinander vernetzten Kanäle 30 gemäß 3 bis 6, entsprechende Stegstruktur 42 ( 10c) aus einem im Sinterprozess ausbrennbaren Opfermaterial erzeugt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Stegstruktur 42 unter gleichzeitiger Verfüllung ihrer zwischen den Stegen vorhandenen Zwischenräume 421 mit einer Schicht 41 aus einem Barrierematerial überzogen (10d). Als Barrierematerial wird eine dichtsinternde Keramik verwendet. In einem dritten Verfahrensschritt wird das so beschichtete Substrat 40 einem Sinterprozess unterzogen, in dem das Opfermaterial, also die Stegstruktur 42, vollständig ausbrennt (10e) und so die in der Schicht 31 aus Barrierematerial gemäß 3 bis 6 enthaltenen, vernetzten Kanäle 30 mit der vorgegebenen Hohlraumform entstehen.In a first process step, which in 10 by the individual steps according to 10a and 10b is illustrated on a substrate 40 , the green film as the later solid electrolyte layer 11b of the sensor element 11 forms, a negative of the described cavity structure in a defined geometric order, so the fine, interconnected channels 30 according to 3 to 6 , corresponding web structure 42 ( 10c ) produced from a burn-out in the sintering sacrificial material. In a second process step, the web structure 42 while at the same time filling their interstices between the webs 421 with a layer 41 covered by a barrier material ( 10d ). As a barrier material is a dichtsin ceramics used. In a third process step, the thus coated substrate 40 subjected to a sintering process in which the sacrificial material, so the web structure 42 , completely burned out ( 10e ) and so in the layer 31 from barrier material according to 3 to 6 contained, networked channels 30 arise with the given cavity shape.

Die Erzeugung der Stegstruktur 42 aus einem Opfermaterial auf dem Substrat 40 kann mit verschiedenen Einzelschritten erreicht werden:
Bei dem in 10 mit den Einzelschnitten 10a–10c illustrierten ersten Verfahrensschritt wird auf das Substrat 40 eine Schicht 42* aus einer Photoresistpaste, z.B. einem UV-Licht vernetzbaren, ungefüllten Polymer, die das Opfermaterial bildet, vollflächig aufgetragen (10a). In eine Maske 43 wird eine das Negativ der Hohlraumstruktur darstellende Struktur eingearbeitet, und durch die Maske 43 hindurch wird die Schicht 42 belichtet (10b). Die belichtete Schicht 42* wird nunmehr entwickelt, wodurch die unbelichteten Bereiche der Schicht 42* nasschemisch ausgewaschen werden. Es entsteht die Stegstruktur 42 aus den einzelnen Stegen mit den zwischen den Stegen verbleibenden Zwischenräumen 421 (10c). An diesen ersten Verfahrensschritt schließen sich dann die beiden nächsten, vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte an, also die Verfüllung der Zwischenräume 421 mit Barrierematerial, das auch die Stegstruktur 42 überzieht und der Sinterprozess zum Ausbrennen der Stegstruktur 42.The generation of the bridge structure 42 from a sacrificial material on the substrate 40 can be achieved with different steps:
At the in 10 with the single cuts 10a - 10c illustrated first process step is applied to the substrate 40 a layer 42 * from a photoresist paste, for example, a UV light crosslinkable, unfilled polymer which forms the sacrificial material, applied over the entire surface ( 10a ). In a mask 43 a structure representing the negative of the cavity structure is incorporated, and through the mask 43 the layer gets through 42 illuminated ( 10b ). The exposed layer 42 * is now being developed, whereby the unexposed areas of the layer 42 * are washed out wet-chemically. The result is the bridge structure 42 from the individual bars with the gaps between the bars 421 ( 10c ). At this first process step, then join the next two steps described above, ie the backfilling of the interstices 421 with barrier material, which also includes the bridge structure 42 covers and the sintering process to burn out the web structure 42 ,

Alternativ kann der erste Verfahrensschritt zur Erzeugung der Stegstruktur 42 auch dadurch realisiert werden, dass die das Negativ der Hohlraumstruktur darstellende Stegstruktur 42 aus dem Opfermaterial direkt auf das Substrat 40 aufgetragen, vorzugsweise aufgedruckt, wird (10c). Mit dem zweiten Verfahrensschritt werden dann mit dem Aufdrucken der Schicht 41 aus Barrierematerial zugleich die freigebliebenen Bereiche in der aufgedruckten Stegstruktur, also die Zwischenräume 421 zwischen den Stegen, mit Barrierematerial aufgefüllt, und es entsteht der in 10d dargestellte Aufbau. Durch den Sinterprozess im dritten Verfahrensschritt wird das Opfermaterial vollständig ausgebrannt, und die Schicht 41 bildet die von der Deckschicht 32 abgedeckten Barriereschicht 31 mit der Vernetzung der hochfeinen Kanäle 30 gemäß 4 (10e).Alternatively, the first method step for producing the web structure 42 also be realized by the fact that the negative of the cavity structure performing web structure 42 from the sacrificial material directly onto the substrate 40 applied, preferably printed, 10c ). With the second method step are then with the printing of the layer 41 From barrier material at the same time the remaining areas in the printed bridge structure, so the spaces 421 between the webs, filled with barrier material, and it emerges in 10d shown construction. By the sintering process in the third process step, the sacrificial material is completely burned out, and the layer 41 forms the of the top layer 32 covered barrier layer 31 with the networking of the very fine channels 30 according to 4 ( 10e ).

Als weitere Alternative zur Herstellung der Stegstruktur 42 kann der erste Verfahrensschritt so modifiziert werden, dass in die auf das Substrat 40 aufgebrachte Schicht 42* die Stegstruktur 42 mittels einer Lasertechnologie eingearbeitet wird, wozu mit einem Laserstrahl in die Schicht 42* die Zwischenräume 421 eingeschnitten werden (10c).As a further alternative to the production of the web structure 42 For example, the first process step may be modified to be in contact with the substrate 40 applied layer 42 * the bridge structure 42 is incorporated by means of a laser technology, including with a laser beam in the layer 42 * the gaps 421 be cut in ( 10c ).

Claims

Sensor element for a gas sensor for determining a physical property of a measurement gas, in particular the concentration of a gas component in the exhaust gas of internal combustion engines, with a particular laminated ceramic body ( 11 ), in which a sample gas space ( 12 ) is formed, which via a diffusion barrier ( 21 ) is in communication with the measurement gas, characterized in that for the production of a predetermined gas permeability of the diffusion barrier ( 21 ) Cavities in a fixed geometric order in the diffusion barrier ( 21 ) are formed.

Sensor element according to claim 1, characterized in that the cavities of branched channels ( 30 ) are formed with lying in the micron range clear cross-section.

Sensor element according to claim 2, characterized in that the branched channels ( 30 ) a networking of running in the flow direction of the measuring gas channel longitudinal branches ( 301 ) and transversely extending channel transverse branches ( 302 ), which are connected to one another at their intersection points, and that the number of channel longitudinal branches ( 301 ) and on the other hand gas channel branches ( 301 ) is the same or different.

Sensor element according to claim 3, characterized in that in an annular formation of the diffusion barrier ( 21 ) the channel cross branches ( 302 ) concentric and the channel longitudinal branches ( 301 ) extend radially.

Sensor element according to one of claims 2-4, characterized in that the cross section of the channels ( 30 ) with increasing proximity to the sample gas space ( 12 ) decreases.

Sensor element according to one of claims 2-5, characterized in that at selected locations of the channels ( 30 ), preferably at selected branch points of the channels ( 30 ), volume-sized chambers ( 33 ) are formed.

Sensor element according to claim 1, characterized in that the cavities are formed by asymmetrical, directionally arranged pores which have a geometry such that they correspond to the sample gas flow to the sample gas chamber (FIG. 12 ) oppose a greater flow resistance than the sample gas outflow from the sample gas space ( 12 ).

Sensor element according to claim 7, characterized in that each pore ( 35 ; 36 ) is approximately wedge-shaped and through a measuring gas space ( 12 ) facing transverse wall ( 37 ), which are transverse to the flow direction tion of the sample gas through the diffusion barrier ( 21 ), and by two opposing inclined walls ( 38 ) limited to that of the sample gas space ( 12 ) facing away from the transverse wall ( 37 ) away from the transverse wall ( 37 ) extend at an increasingly reduced distance from each other.

Sensor element according to claim 8, characterized in that the asymmetrical pores ( 35 ) are lined up one behind the other to form channels which run in the direction of flow of the measuring gas.

Sensor element according to claim 8, characterized in that the asymmetrical pores ( 36 ) distributed irregularly in the diffusion barrier ( 21 ) are arranged.

Sensor element according to claim 1, characterized in that the cavities between spaced webs ( 39 ) are formed, which are transverse to the flow direction of the sample gas through the diffusion barrier ( 21 ) are aligned and behind and next to each other lined up.

Sensor element according to claim 11, characterized in that parallel rows of equidistantly arranged webs ( 39 ) are offset from each other in the longitudinal direction, preferably in such a way that the webs ( 39 ) adjacent rows are shifted by half a distance between bars against each other.

Sensor element according to claim 11 or 12 , characterized in that the webs ( 39 ) have a width between 20μm and 100μm, preferably 50μm, and a length between 50μm and 500μm, preferably 200μm.

Process for producing a diffusion barrier ( 21 ) in a sensor element for a gas sensor for determining a physical property of a measurement gas, in particular the concentration of a gas component in the exhaust gas of internal combustion engines, characterized in that in a first process step on a substrate ( 40 ), preferably a green sheet of zirconium oxide, from a sacrificial material which can be burned out in the sintering process, a geometric order defined for the negative of a cavity structure, eg fine, interconnected channels ( 30 ), corresponding web structure ( 42 ) is generated, that in a second method step, the web structure ( 42 ) while at the same time filling their interstices ( 421 ) with a layer ( 41 ) is coated from a barrier material and that in a third process step, the coated substrate ( 40 ) is subjected to a sintering process for burning out the sacrificial material.

Method according to claim 14, characterized in that that a density-sintering ceramic is used as the barrier material becomes.

A method according to claim 14 or 15, characterized in that for carrying out the first method step as a sacrificial material, a high-resolution screen printing paste is used, which serves as a web structure ( 42 ) on the substrate ( 40 ), preferably printed, is applied.

A method according to claim 14 or 15, characterized in that an unfilled photoresist paste is used as sacrificial material for carrying out the first method step. 42 * ) on the substrate ( 40 ) is applied, that in a mask ( 43 ) a structure representing the negative of the cavity structure is incorporated and that the layer ( 42 * ) through the mask ( 43 ) and the exposed layer ( 42 * ) is developed, wherein the unexposed areas are washed out wet-chemically.

A method according to claim 14 or 15, characterized in that for carrying out the first method step, a layer of a sacrificial material on the substrate ( 40 ) and the spaces ( 421 ) of the web structure ( 42 ) are cut into the layer by means of laser.

Process for producing a diffusion barrier ( 21 ) in a sensor element ( 11 ) for a gas sensor for determining the physical property of a measurement gas, in particular the concentration of a gas component in the exhaust gas of internal combustion engines, characterized in that in a paste of barrier material two different fractions of particles of sacrificial material with different particle size are deposited by centrifugation or separation of the paste to each other in that the paste is applied to a substrate ( 40 ) and with a cover layer ( 31 ) is covered with highly filled ceramic and that the substrate printed with the paste ( 40 ) is subjected to a sintering process for burning out the sacrificial material.

Method according to one of Claims 14-19, characterized zirconia, alumina, mullite or Spinel and used as sacrificial material glassy carbon or Flammrusspulver becomes.