CN107827083A - 一种贱金属材料臭氧发生片 - Google Patents
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Abstract
一种贱金属材料臭氧发生片，具体涉及臭氧发生器件的改进技术。在基体的正面设置正面焊盘，在基体的背面设置背面焊盘，在基体的正面烧结有贱金属条状放电电极，在贱金属条状放电电极表面对应地覆盖呈条状的陶瓷介质涂层，在陶瓷介质涂层的整个区域外覆盖玻璃绝缘涂层；在基体的背面覆盖贱金属诱导电极；正面焊盘与贱金属条状放电电极连接，正面焊盘裸露于玻璃绝缘涂层外；背面焊盘与贱金属诱导电极连接。本发明产品的绝缘性好，强度增大，耐湿性提高，由于正面条状放电电极和背电的诱导电极均由贱金属材料制得，使得成本降低。
Description
技术领域
本发明涉及环境、化学化工技术领域，具体涉及臭氧发生器件的改进技术。
背景技术
臭氧是世界公认的广谱高效杀菌消毒剂。人类发现臭氧已有一百多年的历史。多年来科学家们进行了大量的研究。发现臭氧是很强的氧化剂，具有奇特的强氧化、高效消毒、催化分解等作用。科学家们在臭氧生成方法上也做了大量的研究工作。最早生成臭氧的方法是采用尖端放电产生臭氧。1857年，德国科学家发明了“无声放电法”产生臭氧，后来又相继有人发明了电解法、光化学法、放射线照射法等许多不同形式的臭氧发生装置。随着科学技术的发展， 科学家们发明了“高频陶瓷沿面放电臭氧发生技术”。这种技术将以前的柱面放电改为沿介质表面放电产生臭氧，大幅度地提高了臭氧的生成效率，大大缩小了发生器的体积，最终实现了臭氧发生器的小型化和高效化，近年来随着臭氧技术的应用和发展，我国也有一些厂家在研制和生产“高频陶瓷沿面臭氧发生片”。
通过对国内外的较多厂家的产品剖析和研究，认为国内一些产品经过几年的研究和改进虽然达到一定水平，但性能和寿命与国外水平相比还有较大差距，主要表现为工作寿命短、抗湿性能差等问题。
臭氧易于分解，所以很难储存，需现场制取现场使用。臭氧发生片在引用水、污水、工业氧化、食品加工和保鲜、医药合成、空间灭菌消毒等领域广泛应用。
臭氧发生片是可以用于制取臭氧气体的器件，是利用沿面放电技术将氧气电离成臭氧。臭氧发生片是采用沿面放电的原理产生臭氧，沿面放点产生臭氧的原理具体发生下面几步骤：
1)电场内气体电离，产生一定数量的高能电子；
2)氧气分子分解产生氧原子O；
3)氧原子、氧分子在中间物质M(O2、N2等)作用下，通过三体碰撞生成O3；
4)臭氧分子和其它粒子发生碰撞，发生分解反应。
高能电子：在强电场的作用下放点电极中会产生具有一定能量的电子，电子能量分配与每次微放电发生时放电电极两端所加电场强度有关，资料表明，电子能量在2～8.4eV时，会加速臭氧的分解反应的进行，大大降低臭氧生产效率；当电子的能量大于8.4e V时，有利于臭氧生成反应，在放电区间内应尽可能提高这部分电子的含量。
氧原子的产生：具有一定能量的电子与氧分子碰撞引起氧气分子解离，产生氧原子；O2和分子、原子等碰撞形成氧原子等
e+O2→2O+e0
臭氧的生成：具有一定能量的氧原子和氧气分子碰撞，反应生臭氧；
O+O2+M→O3+M
O3还可通过O*2·和O2碰撞产生：
O*2+O2=O3+O
其中：M表示参与反应的中间物质（O2和N2）。O*2为高能电子和O2碰撞产生的激发态物质。
申请号为201220380546.0的专利文献公开了一种臭氧发生片，利用钯银做正面放电电极材料，降低了电极的电阻，钯的存在也是电极材料的附着力增强。但是贵金属钯银的存在使得成本很高，而且制取钯银合金粉末工艺流程比较复杂。
申请号为03237037.7 的专利文献公开了一种陶瓷沿面放电器件，利用钨烧结体作为放电电极材料，提高了臭氧发生片的耐湿性，可以在相对潮湿的环境使用。单个钨金属放点电极材料会使得点击电阻较大，而且产率比较低。
申请号为99213572.9的专利文献公开了一种低温等离子体臭氧发生片，利用氧化铼和氧化钙浆料作为放电电极材料制的一种低温长寿命的臭氧发生片。
目前大多数臭氧发生片通常采用陶瓷片覆电极制成，通过电晕放电或沿面放电将空气中的氧气电离成臭氧，或者采用空气或氧气为原料并利用高频高压放电产生臭氧。
目前的臭氧发生片具体结构是：片状基体主要由氧化铝组成，片状基体正面烧结一层凹陷形导轨，在导轨内采用铂、银等贵金属材料制作形成正面电极层，片状基体背面印刷有背面导电层，正面电极层和背面导电层分别连接对应的焊盘，正面电极层和背面导电层的表面还分另设有高温烧结的介质绝缘保护层。但是，由于导轨层、正面和背面导电层、焊盘、介质绝缘保护层制作时烧结温度不同，因此这种结构在使用时绝缘强度小易被击穿，而且电极材料大多数含有铂、银等贵金属材料，绝缘强度也有待提高。
发明内容
本发明目的提供是一种绝缘性较好、强度较高、成本低的臭氧发生片。
本发明包括陶瓷片状基体，在基体的正面设置正面焊盘，在基体的背面设置背面焊盘，其特点是：在基体的正面烧结有贱金属条状放电电极，在贱金属条状放电电极表面对应地覆盖呈条状的陶瓷介质涂层，在陶瓷介质涂层的整个区域外覆盖玻璃绝缘涂层；在基体的背面覆盖贱金属诱导电极；所述正面焊盘与贱金属条状放电电极连接，所述正面焊盘裸露于玻璃绝缘涂层外；所述背面焊盘与贱金属诱导电极连接。
本发明陶瓷片状基体、呈条状的陶瓷介质涂层和玻璃绝缘涂层均具有绝缘的属性，使得产品的绝缘性好，强度增大，耐湿性提高，由于正面条状放电电极和背电的诱导电极均由贱金属材料制得，使得成本降低。本发明提供的臭氧发生片通入220V电压的交流电就可正常产生臭氧，适用于家庭、实验室、农舍等里面污水和有机废气的处理。
改进的臭氧发生片，氧化铝含量的提高使产品的绝缘强度提高，利用贱金属材料代替银、铂等贵金属材料，降低了生产成本，而且表面陶瓷介质浆料和玻璃介质浆料材料的改进可使产品绝缘强度相对提高，耐潮效果更好。
进一步地，本发明：所述贱金属条状放电电极的组成由金属、玻璃、残杂物和有机载体组成，所述金属由钨、钼、镍组成。本发明通过不同金属含量的配比成分来得到金属电极材料，通过实验来得到臭氧产量最高的成分配比。
另外，贱金属条状放电电极材料中钨、钼、镍贱金属作为放电电极的主要材料，可降低生产成本。
所述钨、钼、镍的质量比为5∶2∶3；所述金属占贱金属条状放电电极总质量的72%。该设计出发点：首先是根据现有配方材料来选定材料，再通过不同的成分配比制的电极材料，根据产生的臭氧产量来得到最佳成分配比。金属中以上投料比的优良效果是：金属电极材料的抗氧化性、抗湿性、热膨胀性等效果都比较好。
所述玻璃占贱金属条状放电电极总质量的5%。玻璃粉为粘结相，起到粘结的作用，同时需要与金属及氧化铝基片能很好的粘附在一起，所以在放电电极中的含量是很重要的，本发明通过反复实验测试来得到以上最佳的比例。
为了让放电电极能更好的粘结在一起，且能更好的粘附在氧化铝陶瓷基片上，玻璃的成分比例是很重要的，而且玻璃成分比例对放电电极的抗氧化性、抗湿性、热膨胀性等都有一定的促进作用，本发明所述玻璃由氧化硅、氧化钡、氧化铝、氧化锌、氧化钙和氧化铋组成，所述氧化硅、氧化钡、氧化铝、氧化锌、氧化钙和氧化铋的质量比为45∶20∶15∶8∶8∶4。
所述贱金属诱导电极的材料为钨。钨作为高熔点硬度高，不易与氧气氧化，有良好的高温强度，因为在烧结玻璃介质保护涂层时，需要达到1000℃以上的温度，所以诱导电极材料也是很重要的。
所述陶瓷介质涂层的材料为纳米氧化铝。放电电极材料表面的保护涂层对电极的抗氧化性、抗湿性、热膨胀性有很重要的影响，氧化铝陶瓷涂层有着耐磨损耐腐蚀耐高温等优良效果。
所述玻璃绝缘涂层由氧化硅、氧化钡、氧化铝和有色金属氧化物组成。氧化铝含量的提高使产品的绝缘强度提高。采用氧化铝可提高使产品的绝缘强度提高，玻璃绝缘涂层需要有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗湿性、绝缘强度高等优良效果。
所述氧化硅、氧化钡、氧化铝和有色金属氧化物的混合投料质量比为8∶5∶4∶2。
以上陶瓷介质涂层和玻璃介质涂层中氧化铝成分的提高也使臭氧发生片的绝缘强度和耐湿性得以提高。
附图说明
图1为本发明产品的立体图。
图2为图1中去除玻璃绝缘涂层的俯视图。
图3为图1的后视图。
图4为本发明制备的臭氧发生片分别处理不同初始浓度的甲醛、甲苯、三氯甲烷三种有机废气的效率对比结果图。
具体实施方式
一、生产工艺步骤：
1、材料准备：
片状基体的材料为96w%氧化铝陶瓷。
贱金属条状放电电极涂料：由金属、玻璃、残杂物和有机载体组成，混合投料质量比为72∶5∶1∶22。其中金属由钨、钼、镍组成，混合投料质量比为5∶2∶3。玻璃由氧化硅、氧化钡、氧化铝、氧化锌、氧化钙和氧化铋组成，混合投料质量比为45∶20∶15∶8∶8∶4；残杂物由四氧化三铁、氧化钴和氧化锆组成；有机载体由质量比为20∶3∶2的松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁酯组成。
陶瓷介质涂层的材料为纳米氧化铝。
玻璃绝缘涂层由氧化硅、氧化钡、氧化铝和有色金属氧化物组成，混合投料质量比为8∶5∶4∶2。
贱金属诱导电极的材料为钨。
焊盘材料为焊锡。
2、制备过程：
（1）将贱金属条状放电电极涂料呈条状地涂覆印刷于长度为100 mm、宽度为50mm、厚度为2mm的片状基体1的正面，贱金属条状放电电极涂料涂覆印刷的外缘范围小于片状基体1的外缘，并且相邻的条间隙为0.8cm，并在温度为900℃左右的高温下烧结而成厚度为0.1mm的贱金属条状放电电极2。
在片状基体1的正面采用焊锡制成正面焊盘4-1，并使正面焊盘4-1与贱金属条状放电电极2相连接。
再将纳米氧化铝呈条状地对应涂覆在贱金属条状放电电极2的表面，并在温度为1000℃左右的高温下烧结而成厚度为1mm的陶瓷介质涂层6。
以上烧结而成的陶瓷介质涂层6的外缘范围小于片状基体1的外缘。
形成的半制品如图2所示。
然后在片状基体1的背面覆盖片状钨金属，然后在片状钨金属表面涂覆一层玻璃介质涂层，并在温度为900℃左右的高温下烧结而成厚度为0.1mm的贱金属诱导电极5。
在片状基体1的背面采用焊锡制成背面焊盘4-2，并使背面焊盘4-2与贱金属诱导电极5相连接。
形成的半制品如图3所示。
（2）在片状基体1的正面涂覆一层陶瓷介质涂层，6的范围表面完全履盖式涂覆一层陶瓷介质涂层，涂覆陶瓷介质涂层时应注意露出正面焊盘4-1，并在温度为1000℃左右的高温下烧结而成陶瓷介质涂层3。
二、产品结构：
通过以上工艺，制得的产品如图1、2、3所示：
在陶瓷片状基体1的正面烧结有条状贱金属条状放电电极2，在条状贱金属放电电极2的表面对应地覆盖呈条状的陶瓷介质涂层6，在陶瓷介质涂层6的整个区域外覆盖玻璃绝缘涂层3，在基体1的正面还设置有与条状贱金属条状放电电极2连接的正面焊盘4-1，正面焊盘4-1裸露于玻璃绝缘涂3层外。
在基体1的背面覆盖贱金属诱导电极5，在基体1的背面设置有与贱金属诱导电极5连接的背面焊盘4-2。
本发明的产品正面条状贱金属条状放电电极2中相邻条形之间的间隙为0.8cm。
三、产品的验证：
将本发明产品的正面焊盘4-1和背面焊盘4-2分别与外界电线用焊锡烧结在一起，在220V家庭电压下通电后就可以电离空气中的氧气产生臭氧。
下面两张表是放电时间及放电电压对臭氧发生片产生臭氧产量的表。
由上表可见：臭氧的产量随放大时间的增长而明显增大，放电电压对臭氧的产量有一定的影响，呈一定的增长趋势，在家庭电压为220V的情况下，能达到5425mg/h的产量，是足够用来降解家庭或实验室等小空间内的有机废气或污水。一般家庭或者实验室等室内小空间里的甲醛含量国标为0.08mg/m3，臭氧发生片产生的臭氧虽不能一次性的降解有机废气，但由于其价格低廉，且臭氧降解有机废气产物对环境无而其污染，我们可以用臭氧发生片对室内进行多次的电离产生臭氧，多次降解有机废气，以达到国家标准。本发明改进的臭氧发生片产生的臭氧在产率上和市场上卖的臭氧发生片产量相接近，在材料价格方面相对较低。
四、应用：
将本发明制备的臭氧发生片分别处理不同初始浓度的甲醛、甲苯、三氯甲烷三种有机废气，其效率如图4所示。
由图4中可见：随着甲醛、甲苯、三氯甲烷三种有机废气的初始浓度增大，降解效率下降。
本发明方法制备的臭氧发生片还可反复使用，达到多次降解的效果。
Claims (9)
1.一种贱金属材料臭氧发生片，包括陶瓷片状基体，在基体的正面设置正面焊盘，在基体的背面设置背面焊盘，其特征在于：在基体的正面烧结有贱金属条状放电电极，在贱金属条状放电电极表面对应地覆盖呈条状的陶瓷介质涂层，在陶瓷介质涂层的整个区域外覆盖玻璃绝缘涂层；在基体的背面覆盖贱金属诱导电极；所述正面焊盘与贱金属条状放电电极连接，所述正面焊盘裸露于玻璃绝缘涂层外；所述背面焊盘与贱金属诱导电极连接。
2.根据权利要求1所述贱金属材料臭氧发生片，其特征在于：所述贱金属条状放电电极的组成由金属、玻璃、残杂物和有机载体组成，所述金属由钨、钼、镍组成。
3.根据权利要求2或3所述贱金属材料臭氧发生片，其特征在于：所述钨、钼、镍的质量比为5∶2∶3；所述金属占贱金属条状放电电极总质量的72%。
4.根据权利要求2或3所述贱金属材料臭氧发生片，其特征在于：所述玻璃占贱金属条状放电电极总质量的5%。
5.根据权利要求4所述贱金属材料臭氧发生片，其特征在于：所述玻璃由氧化硅、氧化钡、氧化铝、氧化锌、氧化钙和氧化铋组成，所述氧化硅、氧化钡、氧化铝、氧化锌、氧化钙和氧化铋的质量比为45∶20∶15∶8∶8∶4。
6.根据权利要求1所述贱金属材料臭氧发生片，其特征在于：所述贱金属诱导电极的材料为钨。
7.根据权利要求1所述贱金属材料臭氧发生片，其特征在于：所述陶瓷介质涂层的材料为纳米氧化铝。
8.根据权利要求1所述贱金属材料臭氧发生片，其特征在于：所述玻璃绝缘涂层由氧化硅、氧化钡、氧化铝和有色金属氧化物组成。
9.根据权利要求8所述贱金属材料臭氧发生片，其特征在于：所述氧化硅、氧化钡、氧化铝和有色金属氧化物的混合投料质量比为8∶5∶4∶2。
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