CN1020519C

CN1020519C - 湿敏电阻元件及其制造方法

Info

Publication number: CN1020519C
Application number: CN 90105409
Authority: CN
Inventors: 佘月娥; 钱耀淞; 姜白玉; 赵惕平; 黄玲玲
Original assignee: Changsha Research Institute Of Mining And Metallurgy ministry Of Metallurgical Industry
Current assignee: Changsha Research Institute Of Mining And Metallurgy ministry Of Metallurgical Industry
Priority date: 1990-01-23
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1993-05-05
Anticipated expiration: 2005-01-23
Also published as: CN1053706A

Abstract

本发明涉及的是一种湿敏电阻元件及其制造方法，其特征在于：元件的感湿膜是以层链状晶体结构的多孔硅酸盐天然矿物，作为感湿材料，加入适量添加剂和粘结剂，制成浆料，涂复在梳形电极的氧化铝陶瓷基片上，经热处理而形成的感湿体。该元件具有优良的湿敏特性，logR与RH%呈线性关系，长期稳定性高，重复性和一致性好，不需加热清洗。

Description

本发明涉及的是一种陶瓷膜湿敏电阻元件及其制造方法。

当前，国内外被广泛应用的湿敏电阻元件，主要有高分子和陶瓷两大类。高分子膜湿敏电阻元件虽然响应快，精度高，但寿命短，不能在高温高湿和有污染的环境中工作;烧结型陶瓷湿敏元件，虽然感湿范围宽，耐热性和耐腐蚀性都好，但是无论薄膜、厚膜或体型陶瓷湿敏电阻元件，均存在稳定性、重复性和一致性不好、温度系数大等问题。如MgCr₂O₄-TiO₂系烧结体型湿敏电阻元件，多孔氧化铝薄膜湿敏电阻元件和Fe₃O₄涂覆厚膜元件均存在上述弱点。

本发明的目的是为了克服上述弱点，提供一种稳定性高、重复性和一致性好，既耐高温，温度系数又小，不要加热清洗的新型湿敏电阻元件及其制造方法。

为了实现上述目的，解决问题的关键是感湿材料，所以本发明从感湿材料的晶体结构和表面状态出发，选用了多孔层链状晶体结构的天然矿物海泡石其分子式为Mg₃H₆[Si₁₂O₃₀]（OH）₁₀·6H₂O或蒙脱石其分子式为（Al，Mg）₂[Si₄O₁₀]（OH）₂·nH₂O作为湿敏元件的感湿材料，这是与现有技术区别的所在。

以下结合附图对本发明进行详细说明。附图1为本发明湿敏电阻元件外观示意图，其中标号表明，1-感湿膜，2-基片，3-引线，4-梳形电极。附图2至4为本发明电阻元件的特性图，其中图2为实例1电阻元件的感湿特性，横坐标为相对湿度（RH%），纵坐标为电阻元件的阻抗（logR）;图3为实例1电阻元件在27℃，30%RH～80%RH条件下的响应时间曲线图，横坐标为时间（秒），纵坐标为电阻元件的阻抗（Ω），1-33%RH，2-53%RH，3-92%RH。

本发明选用了多孔层链状晶体结构天然矿物海泡石和蒙脱石作为湿敏电阻元件的感湿材料，研制了一种如图1所示的湿敏电阻元件，它由基片、电极、引线和感湿膜构成，其特征在于：电阻元件的感湿膜是由5～95%（重量）的海泡石或蒙脱石中的任一种或二种的混合物，0.1～20%（重量）的添加剂，0.1～10%（重量）的粘结剂和余量蒸馏水组成浆料，涂覆在制有电极的基片上，经干燥和在100～700℃下热处理而形成的电阻随相对湿度变化而变化的感湿体。这种湿敏电阻元件的制造方法，其特征在于：湿敏电阻元件感湿膜的制造方法是由5～95%（重量）的海泡石或蒙脱石中的任一种或二种的混合物，0.1～20%（重量）的添加剂，0.1～10%（重量）的粘结剂和余量蒸馏水，进行充分混合配制湿敏功能材料浆料，然后用这种浆料涂覆在预先制备好梳形电极的氧化铝陶瓷基片上，待基片上的涂层干燥后，在100～700℃下热处理，形成感湿膜，再经老化封装、检测、标定后而成。

所说的添加剂为沸石、二氧化钛、皂土、云母和稀土氯化物等任一种或几种。其作用是降低感湿膜的电阻率和温度系数，并使膜的膨胀系数与基底相近;

所说的粘结剂为无机粘结剂，如硅溶胶、硅酸钾等任一种或二种。其作用是增加膜的强度，使膜与基底附着牢固。

在上述配方范围内，曾用不同配比做了大量电阻元件，并测试了大量数据，结果表明，这些电阻元件均具有很好的感湿性能。

本发明湿敏电阻元件的优点：

1）耐高温，在蒸汽中蒸煮四小时，感湿性能不降低，在20℃、40℃、60℃和80℃温度下，进行升湿、降湿标定，其logR-RH%特性曲线基本重合，温度系数很小，湿滞也很小（如图2）。

2）测量范围广，10～97%RH，阻抗相应为10⁷Ω～10³Ω，logR-RH%感湿特性呈线性，灵敏度高（如图2）。

3）响应时间短，从30%RH升至80%RH或由80%RH降至30%RH，升湿小于5秒，降湿小于7秒（见图3）。

4）稳定性高，重复性和一致性好，长期存放，电阻值和感湿特性的时效变化很小（见图4），这与现有技术元件相比是其最突出的优点。

5）抗粘污，不要加热清洗，如图4实例1电阻元件在不同时间的各次测量之前，未进行过加热清洗，仍然能保持其稳定性，电阻值没发现有明显的变化。

6）原材料丰富，制造方法简便，成本低。

实施例一

将20%（重量）的蒙脱石（粒度为0.1～10微米），3%（重量）的沸石，2%（重量）的皂土，5%（重量）的二氧化钛，10%（重量）的硅溶胶，加入60%（重量）的蒸馏水，进行充分混合，制成湿敏材料浆料，涂覆在印制有二氧化钌电极的氧化铝陶瓷基片上，然后干燥，在300℃温度下，进行热处理，形成感湿膜，连接一对测量引线，再经过老化，在交流电压2伏下，检测标定电阻元件在不同相对湿度下的电阻值。检测结果电阻元件均具有优良的感湿性能，如图2-4所示。

图2是20℃时，元件的感湿特性，其电阻值随着相对湿度的增加而减少，并且logR与RH%呈现出良好的线性关系，从10%～97%RH，阻值约变化了四个数量级。在40℃、60℃和80℃时，进行升湿和降湿标定，测得的感湿特性与20℃时测得的感湿特性基本重合，这表明本发明电阻元件能耐80℃的高温，温度系数很小，湿滞也很小。

图3是实施例1电阻元件，在27℃，相对湿度从30%RH升至80%RH，又由80%RH降至30%RH，跟踪测得的响应时间特性曲线。由图3可知，本发明元件的响应时间升湿小于5秒，降湿小于7秒。

为了考核该电阻元件的时效变化，在没有加热清洗的情况下，不定期地对存放的电阻元件在33%RH，53%RH和92%RH的电阻值进行了测量，结果见图4，由图4表明，本发明元件，存放400天，电阻值和感湿特性的时效变化很小，不要加热清洗，能保持元件长期稳定，年漂移小于2%RH，这是最为突出的优点。

实施例二

将15%（重量）的蒙脱石和5%（重量）的镁钠铁闪石石棉，5%（重量）的云母，3%（重量）的稀土氯化物，5%（重量）的二氧化钛，2%（重量）的皂土，3%（重量）的硅溶胶，2%（重量）的硅酸钾和60%（重量）的蒸馏水，进行充分搅拌混合，制成湿敏材料浆料，喷涂在预先制有梳形电极的氧化铝陶瓷基片上烘干后，在低于500℃的温度下进行热处理，形成感湿膜，连接测量引线，然后老化，经检测标定，该元件的感湿性能好，阻值与图2很相近。

Claims

1、一种湿敏电阻元件，它是由基片、电极、引线和感湿膜构成，其特征在于：电阻元件的感湿膜是由5～95%(重量)作为感湿材料的海泡石天然矿物，蒙脱石天然矿物中任一种或二者的混合物，0.1～20%(重量)的添加剂，0.1～10%(重量)的粘结剂和余量蒸馏水组成的浆料，涂覆在基片上，经干燥和热处理而形成的感湿体。

2、根据权利要求1所说的湿敏电阻元件，其特征在于：电阻元件感湿膜组成中所说的添加剂为沸石或二氧化钛或稀土氯化物或皂土或云母中的一种或几种的混合物。

3、根据权利要求1所说的湿敏电阻元件，其特征在于：感湿膜组成中所说的粘结剂为硅溶胶或硅酸钾中的一种或两种。

4、权利要求1所说的湿敏电阻元件的制造方法，其特征在于：感湿膜的制造方法是：

a）将5～95%（重量）作为感湿材料的海泡石天然矿物或蒙脱石天然矿物或二者的混合物，0.1～20%（重量）的添加剂，0.1～10%（重量）的粘结剂和余量蒸馏水进行充分混合，制成湿敏材料浆料，涂覆在予先制备好电极的氧化铝陶瓷基片上;

b）干燥;

c）热处理：温度为100～700℃;

d）老化。

5、根据权利要求4所说的湿敏电阻元件的制造方法，其特征在于：所说的添加剂为沸石或二氧化钛或稀土氯化物或皂土或云母中的一种或几种的混合物。

6、根据权利要求4所说的湿敏电阻元件的制造方法，其特征在于：所说的粘结剂为硅溶胶或硅酸钾中的一种或二种。