CN1053706A - 氧化物陶瓷膜湿敏元件的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是新型氧化物陶瓷膜湿敏材料制 成的湿敏元件。其主要特征是以Mg、Ae、Fe、Ti等 层状或链层结构的硅酸盐氧化物陶瓷，加入适当的添 加剂而配制成湿敏功能材料浆，涂复于梳形电极基片 上，经热处理后的该湿敏元件，在0～100％RH范围 内，灵敏度高，感湿特征、稳定性、响应性、重复性均 好，耐高温，制造方便及成本低。可广泛地运用于高 温和常温环境下对湿度精确测量和控制。

Description

本发明涉及的是以新型氧化物陶瓷膜湿敏材料制成的电阻值随相对温度变化而变化的湿敏元件。

当前，国内外被广泛应用的湿敏元件，主要有高分子和陶瓷两大类。高分子膜湿敏元件虽然响应快和精度高，但因其寿命短，不能在高污染的环境中工作，即使在使用温度为60℃以下的环境中使用，仍需对其元件进行温度修正;而陶瓷湿敏元件，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。如多孔氧化铝薄膜湿敏元件和Fe₃O₄涂复厚膜元件，均存在上述弱点。（见：特愿昭56-155962，1989年首届全国敏感元件与传感器学术会议论文H-01）

本发明的目的在于：以结构和表面状态为特征的新的氧化物陶瓷材料制成稳定性高、重复性和一致性好，既耐高温又温度系数小的新型湿敏元件。

本发明的主要技术特征是：将百分含量为5～95%的新型感湿材料、0.1～20%的添加剂、0.1～10%的粘结剂和余量的蒸馏水混合配制成湿敏功能材料浆料，然后用这种浆料涂复在预先制备好的梳型电极基片上，待基片上的感湿膜烘干、热处理（100℃～700℃）、老化和封装、检测标定后，即为新型氧化物陶瓷膜湿敏元件。

上述技术方案中的新型感湿材料可以为下列物质中的一种或多种混合使用：镁钠铁闪石石棉，其化学式为Na（Mg、Fe²⁺）₄、Fe³⁺〔Si₄O₁₁〕₂（OH）₂及其类质同象体;蒙脱石，其化学式为（Ae，Mg）₂〔Si₄O₁₀〕（OH）₂·nH₂O及其类质同象体;蛇纹石，其化学式为Mg₆〔Si₄O₁₀〕（OH）₈及其类质同象体;海泡石（包括α-海泡石、β-海泡石），化学式为Mg₈H₆〔Si₁₂O₃₀〕（OH）₁₀·6H₂O及其类质同象体。

上述技术方案中的添加剂可以为有机硅、皂土、云母、沸石、二氧化钛、碳、金属氯化物和稀土卤化物等任意一种或二种物质。

上述技术方案中的粘结剂可以为硅酸盐、磷酸盐、硅溶胶等无机粘结剂和聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、乙基纤维素、聚酰亚胺等有机粘结剂。在浆料的组成中，粘结剂可以为上述物质一种或二种混合物。

上述技术方案中的梳型电极基片为氧化铝陶瓷片，或耐热玻璃片，或石英片和硅片;梳型电极材料可以为二氧化钌、金或铂-钯合金;梳型电极的制作技术为丝网印刷或真空蒸镀再光刻。

附图说明。附图一为本发明的湿敏元件外观示意图。其中的标号表明：1-感湿膜、2-基片、3-引线、4-梳型电极。附图二至四为本发明的元件特性图。其中：图二为感湿特性（横坐标为RH%、纵坐标为阻抗logR值）;图三为响应时间曲线图（横坐标为时间、纵坐标为阻抗）在27℃、30%～80%RH条件下1-升湿，2-降湿。图四为频率特性图（横坐标为频率，纵坐标为阻抗），1-33%RH，2-53%RH，3-92%RH。

本发明的优点是：

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;

2）测湿范围广，10～97%RH，阻抗为10³～10⁷Ω，不结露;

3）logR-RH%感湿特性呈线性，灵敏度高;

4）稳定性高，重复性和一致性好，长期使用，电阻值和感湿特性变化很少;

5）响应时间短，30%R至80%RH小于5秒;

6）抗粘污，不要加热清洗;

7）制造方法简便、成本低。

实例1

将20%的蒙脱石（粒度为0.01～10微米），3%的沸石，2%的皂土，5%的二氧化钛，10%的硅溶胶，加入60%的蒸馏水，进行充分混合，制成湿敏功能材料浆料，涂复在印有二氧化钌电极的氧化铝陶瓷基片上，形成感湿膜，然后将膜进行烘干，在600℃左右的温度下，进行热处理，再经过老化，封装，检测标定，即制成了感湿性能好的湿敏元件，如图2所示。

实例2

将15%的蒙脱石和5%镁钠铁闪石石棉，5%的云母，3%的轻土氯化物，5%的二氧化钛，2%的皂土，3%的硅溶胶，2%的硅酸钾和60%的蒸馏水，进行充分搅拌混合，制成湿敏材料浆料，喷涂在预先制有金的梳型电极的氧化铝陶瓷基片上，形成感湿膜，烘干后在低于500℃左右的温度下，进行热处理，然后老化、封装、检测标定，即制成了感湿性能好的湿敏元件如图2所示。

Claims (8)

1、一种涉及电阻值随相对湿度变化而变化的氧化物陶瓷膜湿敏元件，其特征在于：由百分含量为5～95%的新型感湿材料，0.1～20%添加剂、0.1～10%的粘结剂和余量的蒸馏水混合配制成湿敏功能材料浆料，将这种浆料涂复在梳型电极基片上，经烘干、热处理、老化和检测标定，即为本发明的湿敏元件。

2、根据权利要求1所述的新型感湿材料，其特征在于：可以为下列物质中的任意一种或二种：

镁钠铁闪石石棉，化学式为：

Na₃（Mg，Fe²⁺）₄Fe³⁺〔Si₄O₁₁〕₂（OH）₂及其类质同象体;

蒙脱石，化学式为（Al，Mg）₂〔Si₄O₁₀〕（OH）₂·nH₂O及其类质同象体;

蛇纹石，化学式为：Mg₆〔Si₄O₁₀〕（OH）₈及其类质同象体;

海泡石（包括α-海泡石，β-海泡石）化学式为：

Mg₈H₆〔Si₁₂O₃₀〕（OH）₁₀·6H₂O及其类质同象体。

3、根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于：可以为皂土、有机硅、云母、沸石、二氧化钛、碳、金属氯化物和稀土卤化物中任意一种或二种。

4、根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于：可以为硅酸盐、磷酸盐、硅熔胶等无机粘结剂和聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、乙基纤维素、聚酰亚胺等有机粘结剂。

5、根据权利要求1所述的梳型电极基片，其特征在于：电极基片可以为氧化铝、耐热玻璃片、石英片、硅片。

6、根据权利要求5所述的梳型电极基片，其特征在于：梳型电极材料可以为二氧化钌、或金、或铂-钯合金。

7、根据权利要求5所述的梳型电极基片，其特征在于：电极的制作方法可以为丝网印刷，或真空蒸镀金、再光刻。

8、根据权利要求1所述的湿敏元件，其特征在于：热处理的温度为100～700℃。

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