JPS5853737B2 - Kanenseigaskenchisoshi - Google Patents

Kanenseigaskenchisoshi

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JPS5853737B2
JPS5853737B2 JP13577275A JP13577275A JPS5853737B2 JP S5853737 B2 JPS5853737 B2 JP S5853737B2 JP 13577275 A JP13577275 A JP 13577275A JP 13577275 A JP13577275 A JP 13577275A JP S5853737 B2 JPS5853737 B2 JP S5853737B2
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JP
Japan
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gas
temperature
fe2o3
resistance value
sintered body
Prior art date
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Expired
Application number
JP13577275A
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Japanese (ja)
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JPS5258996A (en
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正剛 鮎沢
篤志 伊賀
秀行 沖中
政次 山口
誠一 中谷
利明 八上
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to FR7633525A priority patent/FR2331016A1/en
Priority to GB4645876A priority patent/GB1527406A/en
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可燃性ガス検知素子、特にスピネル型結晶構造
のγ−Fe2O3を主成分相として含む焼結体を、ガス
感応体とする可燃性ガス検知素子に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a combustible gas detection element, and particularly to a combustible gas detection element that uses a sintered body containing γ-Fe2O3 with a spinel type crystal structure as a main component phase as a gas sensitive body. .

近年、ガス機器の普及に従って、ガスによる事故が多発
するようになり、事故を未然に防止するため、種々の方
策が検討されている。
BACKGROUND ART In recent years, with the spread of gas appliances, accidents caused by gas have been occurring frequently, and various measures are being considered to prevent accidents.

そのひとつとして、ガス漏れを検知し、警報を発する装
置をあげることができる。
One example is a device that detects gas leaks and issues an alarm.

本発明は、このガス漏れを検知するための素子を提供し
ようとするものである。
The present invention aims to provide an element for detecting this gas leak.

γ−Fe2O3はn型の酸化物半導体であり、高温度下
で還元性ガスに接触すると、電気抵抗が急激に低下する
という性質をもっている。
γ-Fe2O3 is an n-type oxide semiconductor, and has the property that its electrical resistance rapidly decreases when it comes into contact with a reducing gas at high temperature.

現在、この性質を利用して、γ−F e 203をガス
感応体としたガス検知素子の開発が、進められている。
Currently, by utilizing this property, a gas sensing element using γ-F e 203 as a gas sensitive material is being developed.

このγ−Fe2O3は、250〜400℃の温度範囲で
、良好なガス感応性を示す。
This γ-Fe2O3 exhibits good gas sensitivity in the temperature range of 250 to 400°C.

感度と応答速度は、温度に対して反対の傾向を示し、2
50〜300℃では感度はよいけれども、応答速度が若
干遅く、また400℃に近づくと、応答速度が速くなる
けれども、感度が若干低下する。
Sensitivity and response speed show opposite trends with temperature, 2
At 50 to 300°C, the sensitivity is good, but the response speed is a little slow, and as the temperature approaches 400°C, the response speed is faster, but the sensitivity is slightly lower.

したがって、この種の材料は、350℃前後の温度で使
用することが望ましい。
Therefore, it is desirable to use this type of material at temperatures around 350°C.

ところで、ガス漏れを検知するための素子には、爆発を
未然に防ぐためと、誤動作があってはならないことから
、かなりせまいガス濃度域で動作することが要求される
ようになって来ており、動作点のきわめて安定している
ことが必要とされる。
By the way, elements for detecting gas leaks are now required to operate in a fairly narrow gas concentration range in order to prevent explosions and to prevent malfunctions. , a very stable operating point is required.

したがって、半導体の抵抗変化を利用してガスを検出す
る素子は、ガスにより抵抗がすみやかに変化するもので
なければならず、抵抗値が設定値に達した後も、徐々に
変化して行くことの許されないものである。
Therefore, an element that detects gas using the resistance change of a semiconductor must have a resistance that changes quickly depending on the gas, and even after the resistance value reaches the set value, the resistance value must change gradually. It is not allowed.

ガスに対してすみやかに応答をするためには、ガス感応
部分は、ある程度高い温度下で、安定に動作しなければ
ならない。
In order to respond quickly to gas, the gas-sensitive part must operate stably at a relatively high temperature.

しかしながら、γ−Fe2O3は、高い温度では不安定
な相であり、長時間、高温度下におくと、高温度下でも
安定なα−Fe203に相転移してしまう。
However, γ-Fe2O3 is an unstable phase at high temperatures, and if left at high temperatures for a long time, it undergoes a phase transition to α-Fe203, which is stable even at high temperatures.

このγ相からα相への相転移は非可逆的なものであり、
一旦、γ−Fe2O3からα−Fe 20Bに転移して
しまうと、それを再びγ−Fe2O3に転移させること
は、容易なことではない。
This phase transition from γ phase to α phase is irreversible,
Once γ-Fe2O3 has been transferred to α-Fe 20B, it is not easy to transfer it back to γ-Fe2O3.

α−Fe203は、可燃性ガスに対する感応性のきかめ
て低いものであり、またその電気抵抗も高いものである
α-Fe203 has extremely low sensitivity to combustible gases and also has high electrical resistance.

したがって、γ−Fe2O3からα−Fe203に相転
移をしてしまうと、Fe2O3はガス感応体としての機
能を失ってしまう。
Therefore, when a phase transition occurs from γ-Fe2O3 to α-Fe203, Fe2O3 loses its function as a gas sensitive material.

γ−Fe2O3がα−F C203に相転移をする温度
は。
What is the temperature at which γ-Fe2O3 undergoes a phase transition to α-F C203?

その作製条件によって異なるが、はぼ400〜630℃
の温度範囲内にある。
Although it varies depending on the manufacturing conditions, it is approximately 400 to 630℃.
within the temperature range.

たとえば、沈澱法によってマグネタイト(Fe304)
の微粒子を作り、これを、空気中において、150〜4
00℃の範囲内の温度で加熱することにより、酸化する
と、γ−Fe 203が得られる。
For example, magnetite (Fe304) is produced by precipitation method.
Make fine particles of 150 to 4 in the air.
Upon oxidation, γ-Fe 203 is obtained by heating at temperatures in the range of 00°C.

このようにして作ったγFe 203は、相転移温度が
低く、特にマグネタイトを作る際の沈澱時のアルカリ濃
度が低いものほど、それが低温度側へずれる。
The γFe 203 produced in this manner has a low phase transition temperature, and in particular, the lower the alkali concentration during precipitation during magnetite production, the lower the temperature.

またα−Fe203を還元してFe3O4とし、これを
、不活性雰囲気中において、高温度たとえば900°C
で焙焼し、さらにL00〜700℃の範囲内の温度で加
熱して、酸化しても、γ−Fe 203を得ることがで
きる。
In addition, α-Fe203 is reduced to Fe3O4, and this is heated at a high temperature, for example, 900°C, in an inert atmosphere.
γ-Fe 203 can also be obtained by roasting at a temperature of 100° C., further heating at a temperature within the range of L00 to 700° C., and oxidizing it.

この方法で得たγ−Fe2O3は、α−Fe203への
転移温度が比較的高いものである。
γ-Fe2O3 obtained by this method has a relatively high transition temperature to α-Fe203.

γ−Fe203町燃性ガス検知素子は、前述したように
、感度や応答速度などの関係から、ガス感応部分をかな
り高い温度に保持しておかなければならないものである
As mentioned above, the γ-Fe203 combustible gas detection element requires that the gas-sensitive portion be kept at a fairly high temperature due to sensitivity, response speed, etc.

γ−F6203は高温度下でα−Fe203に相転移を
するのはもちろんのこと、相転移温度よりかなり低い温
度でも、長時間放置しておくと、徐々に相転移をする。
γ-F6203 not only undergoes a phase transition to α-Fe203 at high temperatures, but also gradually undergoes a phase transition if left for a long time even at a temperature considerably lower than the phase transition temperature.

したがって、γF e 203をそのままガス感応部分
に使用するには、その相転移温度が十分に高いとは言え
ない。
Therefore, it cannot be said that the phase transition temperature of γF e 203 is high enough to use it as it is in a gas-sensitive part.

ガス感応部分はかなり高い温度に保って使用されるので
、長時間、作動温度で放置されても、ガス感応性の安定
していることが必要とされることから、前記の相転移温
度をなんらかの方法でより高めなければならない。
Since the gas-sensitive part is used at a fairly high temperature, it is required that the gas-sensitivity remains stable even if it is left at the operating temperature for a long time. We have to improve it in some way.

γ−F e 203の製造方法は、大別して、次のふた
つの方法がある。
Methods for producing γ-F e 203 can be roughly divided into the following two methods.

そのひとつはγ−FeOOHの脱水による方法であり、
他のひとつはFe3O4の酸化による方法である。
One of them is a method using dehydration of γ-FeOOH,
Another method is to oxidize Fe3O4.

γ−FeOOHを作製する方法としては、第一鉄塩を緩
慢に酸化する方法、Fe(OH)2を緩慢に酸化する方
法、あるいは同じ結晶構造のFe0CIの結晶を水中で
加熱する方法などがある。
Methods for producing γ-FeOOH include a method of slowly oxidizing ferrous salt, a method of slowly oxidizing Fe(OH)2, or a method of heating Fe0CI crystals with the same crystal structure in water. .

Fe3O4を作製する方法としては、α−Fe203ま
たはα−Fe00Hを水素などで還元する方法、第一鉄
塩と第二鉄塩とをアルカリ性溶液中で共沈させる方法、
またはFe C204あるいはFeCO3などを、水蒸
気中もしくは窒素中で加熱する方法などかある。
Methods for producing Fe3O4 include a method of reducing α-Fe203 or α-Fe00H with hydrogen or the like, a method of co-precipitating a ferrous salt and a ferric salt in an alkaline solution,
Alternatively, there is a method of heating Fe C204 or FeCO3 in steam or nitrogen.

このような方法で作製したγ−Fe2O3は、前述した
ように、相転移温度がたかだか630℃である。
γ-Fe2O3 produced by such a method has a phase transition temperature of at most 630°C, as described above.

この相転移温度を高める方法として、異種元素の導入が
考えられる。
One possible way to increase this phase transition temperature is to introduce a different element.

本発明は、可燃性ガス感応体としてのγ−Fe2O3の
変成に達した元素、および素子の組成について、種々研
究検討を重ねた結果、完成したものである。
The present invention was completed as a result of various research studies regarding elements that have been transformed into γ-Fe2O3 as a combustible gas sensitive material, and the composition of an element.

すなわち、本発明にかかる可燃性ガス検知素子は、γ−
Fe203.およびCaOとSrOとBaOとからなる
酸化物群から選択された少くとも1種をそれぞれ80〜
99.8モル条、20〜0.2モル饅の組成比率で含む
焼結体をガス感応体としこれに電気抵抗測定用の■対の
電極と加熱用のヒータを付与して、可燃性ガスの濃度変
化により、該ガス感応体の電気抵抗値が変化することを
用いて可燃性ガスを検知することを特徴とするものであ
る。
That is, the combustible gas detection element according to the present invention has γ-
Fe203. and at least one selected from the oxide group consisting of CaO, SrO, and BaO, each containing 80 to
A sintered body containing 99.8 mol strips and a composition ratio of 20 to 0.2 mol rice is used as a gas sensitive body, and a pair of electrodes for measuring electrical resistance and a heater for heating are provided to the sintered body to detect flammable gas. The combustible gas is detected by using the change in the electrical resistance value of the gas sensitive body due to the change in the concentration of the gas.

以下、実施例にもとづいて、本発明にかかる素子につい
て詳細に説明する。
Hereinafter, the device according to the present invention will be described in detail based on Examples.

実施例 l Fe C12e Fe Cl aおよび5rC12をそ
れぞれ1モル、2モルおよび0.015モル正確に秤取
して、これらを11の純水に溶解させた。
Example 1 1 mol, 2 mol and 0.015 mol of Fe C12e FeCl a and 5rC12, respectively, were accurately weighed out and dissolved in 11 pure water.

この混合浴液を、NaOH16モルをLlの純水中に溶
解した溶液中に、ゆっくり滴下した。
This mixed bath solution was slowly dropped into a solution of 16 moles of NaOH dissolved in Ll of pure water.

これによって、次の反応が生じる。This causes the following reaction.

F e Cl + 2 FeCl s+ 0゜015S
rC12+8.03NaOH→Fe5S rO、015
04,o15 + 8.03N aCl +4.015
I(20上記反応式によれば、NaOHは8.03モル
必要であるが、溶液の水素イオン濃度(pH)の変動を
小さくするために、過剰のNaOHを添加した。
FeCl + 2 FeCl s+ 0゜015S
rC12+8.03NaOH→Fe5S rO, 015
04, o15 + 8.03N aCl +4.015
I (20) According to the above reaction formula, 8.03 mol of NaOH is required, but an excess of NaOH was added in order to reduce fluctuations in the hydrogen ion concentration (pH) of the solution.

このように過剰のNaOHを加えておくだけでなく、鉄
塩混合溶液の滴下と同時に、NaOHを消費された量だ
け補うことにより、常に一定のpH値に維持してもよい
In addition to adding excess NaOH in this way, a constant pH value may be maintained at all times by supplementing the consumed amount of NaOH at the same time as the iron salt mixed solution is added dropwise.

鉄塩浴液の滴下が完了したのち、この液を濾過沈澱物を
傾瀉法により洗浄した。
After the dropping of the iron salt bath solution was completed, the solution was filtered and the precipitate was washed by decantation.

洗浄液中のCI−濃度が5XIO−5M以下になったと
き、洗浄を中止し、濾過して、得られた物質を乾燥機を
用いて5o−too℃の温度で4〜10時間乾燥させた
When the CI concentration in the washing solution was below 5XIO-5M, the washing was stopped, filtered, and the resulting material was dried in a dryer at a temperature of 5o-too<0>C for 4-10 hours.

乾燥物を乳鉢で粉砕してから、粉末を300〜400°
Cの温度で1〜3時間加熱して酸化処理した。
Grind the dried material in a mortar and then heat the powder to 300-400°.
Oxidation treatment was carried out by heating at a temperature of C for 1 to 3 hours.

この酸化処理によって、Srで変成されたγ−F e2
03を得ることができた。
Through this oxidation treatment, γ-F e2 modified with Sr
I was able to get 03.

このγ−Fe2O3を化学分析したところ、SrOが0
.89モルφ含まれていた。
Chemical analysis of this γ-Fe2O3 revealed that SrO was 0.
.. It contained 89 moles φ.

また、X線粉末回折によってα−Fe203の存在を調
べたところ、α−Fe203の存在を認めることができ
なかった。
Further, when the presence of α-Fe203 was investigated by X-ray powder diffraction, the presence of α-Fe203 could not be recognized.

さらに、示差熱分析によって求めたγ−F e20aか
らα−Fe203への相転移温度は、680℃であった
Furthermore, the phase transition temperature from γ-Fe20a to α-Fe203 determined by differential thermal analysis was 680°C.

上述のようにして得られたSr変変成−Fe 203を
細かく粉砕し、有機バインダーを加えてペースト状にし
た。
The Sr-modified modified-Fe 203 obtained as described above was finely ground, and an organic binder was added thereto to form a paste.

一方、51mX5醒X0.5imの寸法のアルミナ磁器
板の主面に、焼付用金ペーストを、Q、5mmの間隔を
もつ櫛形に印刷し、800℃の温度で焼きつけて、電極
をあらかじめ形成した。
On the other hand, gold paste for baking was printed on the main surface of an alumina porcelain plate measuring 51 m x 5 mm x 0.5 mm in the form of a comb with an interval of 5 mm, and baked at a temperature of 800° C. to form electrodes in advance.

このアルミナ磁器板の電極焼付面上に、さらにSr変変
成−Fe203を厚さ20μmに添布した。
On the electrode baking surface of this alumina porcelain plate, Sr metamorphosed Fe203 was further applied to a thickness of 20 μm.

これを加熱して、ひびがはいらないように注意して徐徐
に温度を高め、3509Cの温度で2時間保持してから
、冷却した。
This was heated, and the temperature was gradually increased while being careful not to cause cracks, and the temperature was maintained at 3509C for 2 hours, and then cooled.

焼付けを完了したSr変成γFe2O3皮膜に接触しな
いように、アルミナ磁器板の他方の主面に白金発熱体を
接触させ、全体を100メツシユのステンレススチール
製の金網で囲って、可燃性ガス検知素子を完成した。
A platinum heating element was brought into contact with the other main surface of the alumina porcelain plate so as not to come into contact with the Sr modified γFe2O3 film that had been baked, and the entire body was surrounded by a 100 mesh stainless steel wire mesh, and a combustible gas detection element was installed. completed.

第1図に、この可燃性ガス検知素子の構造を示す。FIG. 1 shows the structure of this combustible gas detection element.

図において、1はアルミナ磁気板、2は皮膜状のSr変
変成−Fe203ガス感応体、3はくし形の金電極、4
は白金発熱体、5,6はリード線で、それぞれ電極3、
白金発熱体4に接続されている。
In the figure, 1 is an alumina magnetic plate, 2 is a film-like Sr metamorphosis-Fe203 gas sensitive body, 3 is a comb-shaped gold electrode, and 4 is a comb-shaped gold electrode.
is a platinum heating element, 5 and 6 are lead wires, and are connected to electrodes 3 and 6, respectively.
It is connected to a platinum heating element 4.

白金発熱体4に通電し、γ−Fe203ガス感応体2を
、300°Cの温度に保持した。
Electricity was applied to the platinum heating element 4, and the γ-Fe203 gas sensitive body 2 was maintained at a temperature of 300°C.

このときの空気中における電極\3の間の抵抗値は、1
.65MΩであった。
At this time, the resistance value between the electrodes\3 in the air is 1
.. It was 65MΩ.

これを、l容量φのプロパンガスを含む空気中に置いた
とき、その抵抗値が28.OKΩであった。
When this is placed in air containing 1 volume φ of propane gas, its resistance value is 28. It was OKΩ.

これから、可燃性ガスの存在によって、抵抗値が著しく
変化することがわかる。
It can be seen from this that the resistance value changes significantly due to the presence of combustible gas.

次に、白金発熱体4への通電を断ち、400’Cの温度
に保持された電気炉中に、1OOO時間放置した。
Next, the power supply to the platinum heating element 4 was cut off, and the platinum heating element 4 was left in an electric furnace maintained at a temperature of 400'C for 100 hours.

その後、再び白金発熱体4に通電して、γ−Fe 20
3ガス感応性皮膜2を、300℃の温度に保持して、空
気中で抵抗値を測定したところ、1.83MΩであった
Thereafter, the platinum heating element 4 is energized again to generate γ-Fe 20
The resistance value of the three-gas sensitive coating 2 was measured in air while being maintained at a temperature of 300°C, and was found to be 1.83 MΩ.

そして、l容量φのプロパンガスを含む空気中では、抵
抗値が27.5 KQであった。
In air containing 1 volume φ of propane gas, the resistance value was 27.5 KQ.

実施例 2 実施例1と同じ手順で、5rC12の添加量を変えて、
各種の試料を作製した。
Example 2 Follow the same procedure as Example 1, changing the amount of 5rC12 added,
Various samples were prepared.

これら試料のそれぞれについて、実施例1と同じ条件で
、特性を測定した。
The characteristics of each of these samples were measured under the same conditions as in Example 1.

第2図に、SrO量と抵抗(RG)との関係、およびS
rOr有量と感度(RA/RG)との関係をそれぞれ示
す。
Figure 2 shows the relationship between the amount of SrO and resistance (RG), and the relationship between SrO amount and resistance (RG).
The relationship between rOr abundance and sensitivity (RA/RG) is shown.

なお、RGは可燃性ガスを含む空気中での値であり、R
Aはそれを含んでいない空気中でのf直である。
Note that RG is the value in air containing flammable gas, and R
A is the f angle in air that does not contain it.

図において、曲線Iは可燃性ガスを含む空気中での、素
子の初期抵抗値特性を示す。
In the figure, curve I shows the initial resistance value characteristic of the element in air containing flammable gas.

曲線■は初期感度特性を示す。Curve ■ shows the initial sensitivity characteristics.

また、曲線■は、素子を一旦400°Cの温度にtoo
o時間保持してからの、抵抗値特性を示す。
In addition, curve (■) shows that the element is once heated to a temperature of 400°C.
The resistance value characteristics after holding for o hours are shown.

曲線■は同じく感度特性を示す。これから明らかなよう
に、SrOr有量が多くなるに従って、高温放置による
特性劣化が小さく、特定の安定していることがわかる。
Similarly, the curve ■ shows the sensitivity characteristics. As is clear from this, it can be seen that as the amount of SrOr increases, the deterioration of characteristics due to high temperature storage becomes smaller and the properties become more stable.

そして、ガス感度についてみると(曲線I、IV)、S
rOr有量がγ−F e 20s焼結体中に、0.2〜
20モルφ含まれているとき、著しく改善されているこ
とがわかる。
Looking at the gas sensitivity (curves I and IV), S
The amount of rOr in the γ-Fe 20s sintered body is from 0.2 to
It can be seen that when 20 mol φ is included, there is a significant improvement.

このようなγ−Fe2O3に対する添加効果は、CaO
またはBad、またはSrO,CaOおよびBaOの2
種以上を組合わせて添加しても、はぼ同じ傾向を示した
This effect of addition to γ-Fe2O3 is similar to that of CaO
or Bad, or 2 of SrO, CaO and BaO
Even when more than one species was added in combination, almost the same tendency was observed.

実験結果を次表にまとめて示す。実施例 3 平均粒径0.1μmのFe504の粉末を1,9モルB
aCO3を0,1モル秤取し、水を加えて十分に粉砕
し混合した。
The experimental results are summarized in the table below. Example 3 1.9 mol B of Fe504 powder with an average particle size of 0.1 μm
0.1 mole of aCO3 was weighed out, water was added, and the mixture was thoroughly ground and mixed.

混合物を室温で真空乾燥したのち、正方形状に圧縮成型
した。
The mixture was vacuum dried at room temperature and then compression molded into a square shape.

成型体を、窒素気流中において、温度950℃で焼結し
た。
The molded body was sintered at a temperature of 950° C. in a nitrogen stream.

焼結体を冷却してから、徐々に昇温して、酸化性雰囲気
中において、400°Cの温度に保持し、γ−Fe2O
3を主成分とする焼結体を得た。
After cooling the sintered body, the temperature was gradually raised and maintained at a temperature of 400 °C in an oxidizing atmosphere, and γ-Fe2O
A sintered body containing 3 as a main component was obtained.

このようにして作製した焼結体の主面のひとつに、金を
蒸着して、l対の櫛形の電極を形成した。
Gold was deposited on one of the main surfaces of the sintered body thus produced to form l pairs of comb-shaped electrodes.

そして、他の主面には、白金発熱体を無機接着剤で貼り
つけて、可燃性ガス検知素子とした。
Then, a platinum heating element was attached to the other main surface with an inorganic adhesive to form a combustible gas detection element.

第3図は、上述のようにして作製した、可燃性ガス検知
素子の構造の一例を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of the structure of the combustible gas detection element manufactured as described above.

図において、11はγ−Fe 203を主体とするバル
ク状焼結体からなる可燃性ガス感応体である。
In the figure, numeral 11 is a combustible gas sensitive body made of a bulk sintered body mainly composed of γ-Fe 203.

12は対をなす櫛型電極、13は無機接着剤、14は白
金発熱体、15.16はそれぞれ櫛型電極12、白金抵
抗体14に接続されたリード線である。
12 is a pair of comb-shaped electrodes, 13 is an inorganic adhesive, 14 is a platinum heating element, and 15 and 16 are lead wires connected to the comb-shaped electrode 12 and the platinum resistor 14, respectively.

この素子全体を、ステンレススチール製の金網で覆って
、白金発熱体14に通電し、γ−F e20a焼結体1
1を350’Cの温度に加熱保持した。
This entire element was covered with a stainless steel wire mesh, and the platinum heating element 14 was energized, and the γ-F e20a sintered body 1
1 was heated and maintained at a temperature of 350'C.

このときの可燃性ガス検知素子の、空気中での抵抗値は
259にΩであった。
At this time, the resistance value of the combustible gas detection element in air was 259Ω.

これを、0.5容量優のイソブタンを含む空気中におい
たところ、抵抗値は19.8にΩであり、可燃性ガスの
存在によって、その抵抗値が大きく変化した。
When this was placed in air containing more than 0.5 volume of isobutane, the resistance value was 19.8Ω, and the resistance value changed greatly due to the presence of flammable gas.

次に、この素子を、400°Cの温度に保たれた電気炉
中にtooo時間放置した。
Next, this element was left in an electric furnace maintained at a temperature of 400°C for too long.

それから、γFe 20a焼結体11を350℃の温度
に保って、空気中、および0.5容量係のイソブタンを
含む空気中におけるときの、抵抗値を測定したところ、
それぞれ275にΩ、23.3KQであった。
Then, when the γFe 20a sintered body 11 was kept at a temperature of 350° C., the resistance values were measured in air and in air containing 0.5 volume of isobutane.
They were 275Ω and 23.3KQ, respectively.

実施例 4 F e C12、およびCaCl2をそれぞれ1モルお
よび0.01モル秤量し、llの純水に溶解させた。
Example 4 1 mol and 0.01 mol of F e C12 and CaCl2 were weighed, respectively, and dissolved in 1 liter of pure water.

これとは別に、(NH4)2C204を1.2モル秤取
し、12の純水に溶解させた。
Separately, 1.2 mol of (NH4)2C204 was weighed out and dissolved in 12 pure water.

この(NH4)2C204溶液に、前記鉄塩混合浴液を
攪拌しながら加えた。
The above iron salt mixed bath solution was added to this (NH4)2C204 solution with stirring.

5〜10分間攪拌して、黄色の沈澱物を生成させ、これ
を傾瀉法で洗浄した。
Stirring for 5-10 minutes produced a yellow precipitate, which was washed by decantation.

C1−濃度が5X10 M以下となったとき、洗浄を
やめて、沢過した。
When the C1 concentration was below 5×10 M, washing was stopped and the solution was filtered.

これにより得られた物質を乾燥させた。The resulting material was dried.

洗浄が長引くと第一鉄が酸化して第二鉄となって溶解し
、上澄液が橙色に着色する。
If the washing is prolonged, the ferrous iron will oxidize and become ferric iron, which will dissolve and the supernatant liquid will be colored orange.

このときFe成分のみ浴出するので、還元剤たとえばア
スコルビン酸を加えて、第一鉄の酸化を防止する。
At this time, since only the Fe component is extracted, a reducing agent such as ascorbic acid is added to prevent oxidation of ferrous iron.

乾燥後、空気を遮断して、水蒸気を飽和させた窒素気流
中において、400℃の温度で3時間熱分解させた。
After drying, air was shut off and thermal decomposition was carried out at a temperature of 400° C. for 3 hours in a nitrogen stream saturated with water vapor.

これを、空気を遮断したまま冷却して、CaOを含むF
e3O4を得た。
This is cooled while blocking air, and F containing CaO is
e3O4 was obtained.

次に、このFe3O4を空気中において 100〜15
0℃の温度で、ゆっくり酸化させて、Caで変成された
γ−Fe2O3を得た。
Next, this Fe3O4 is 100 to 15 in air.
Ca-modified γ-Fe2O3 was obtained by slow oxidation at a temperature of 0°C.

そして、実施例1と同じ手順で可燃性ガス検知素子を作
った。
Then, a combustible gas detection element was manufactured using the same procedure as in Example 1.

この可燃性ガス検知素子のガス感応性皮膜を、温度30
0’Cに加熱して、空気中で抵抗値を測定したところ、
1.8MQであった。
The gas-sensitive film of this combustible gas detection element was coated at a temperature of 30
When heated to 0'C and measured the resistance value in air,
It was 1.8MQ.

さらに、0.■容量★のプロパンガスを含む空気中にお
ける抵抗値は、120にΩであった。
Furthermore, 0. ■The resistance value in air containing propane gas with a capacity of ★ was 120Ω.

次に、電気炉を用いて、400℃の温度でtoo。Next, using an electric furnace, heat at a temperature of 400°C.

時間加熱してから、前述と同様にして抵抗値を測定した
After heating for a period of time, the resistance value was measured in the same manner as described above.

その結果、空気中では1.47M!Qであり、041容
量φのプロパンガスを含む空気中では117にΩであっ
た。
As a result, it is 1.47M in the air! Q, and in air containing propane gas with a capacity of 041 Ω, it was 117Ω.

実施例 5 pec12および5rC12をそれぞれ1モルおよび0
.012モル正確に秤量し、これらを0.51の純水に
溶解し、これを4N−NaOH溶液ll中に滴下した。
Example 5 pec12 and 5rC12 at 1 mol and 0 mol, respectively
.. 0.12 mol was accurately weighed, dissolved in 0.51 mol of pure water, and this was dropped into 1 liter of 4N-NaOH solution.

次に、空気を0.5!l/分の割合で送りこみ、酸化し
た。
Next, add 0.5 air! It was fed at a rate of l/min for oxidation.

得られた沈澱物を洗浄、乾燥し、Sr変変成−FeOO
Hを得た。
The obtained precipitate was washed, dried, and converted into Sr-FeOO
I got H.

これをペースト化し、金電極を形成したアルミナ磁器板
に塗布して、実施例1と同様に可燃性ガス検知素子を作
製した。
This was made into a paste and applied to an alumina porcelain plate on which a gold electrode was formed, to produce a combustible gas detection element in the same manner as in Example 1.

発熱体に電流を流し、ガス感応部を350℃に保持した
A current was passed through the heating element to maintain the gas sensitive part at 350°C.

このときの素子の空気中での電気抵抗値は2.3MQで
あり、0.4容量多のプロパンガスを含む空気中での値
は52KQであった。
At this time, the electrical resistance value of the element in air was 2.3 MQ, and the value in air containing 0.4 volumes of propane gas was 52 KQ.

次に、この素子の発熱体への通電を断ち、400℃の温
度の電気炉中にtooo時間放置した。
Next, the power supply to the heating element of this element was cut off, and the element was left in an electric furnace at a temperature of 400° C. for too long.

それから、先と同様の測定を行なったところ、その抵抗
値は、空気中では3.4MQで、0.4容量袈のプロパ
ンガスを含む空気中では61にΩであった。
Then, the same measurement as before was performed, and the resistance value was 3.4 MQ in air, and 61 ohms in air containing 0.4 capacity of propane gas.

以上のように、CaO,SrOおよびBaOの酸化物群
から選ばれた少なくとも1種を、0.2〜20モルφ含
む、γ−Fe2O3は、ガス感応特性に優れているとと
もに、高温放置に対して特性がきわめて安定している。
As described above, γ-Fe2O3, which contains 0.2 to 20 moles φ of at least one selected from the oxide group of CaO, SrO and BaO, has excellent gas sensitivity characteristics and is resistant to high temperature storage. Its characteristics are extremely stable.

高温放置に関しては、上記実施例では無通電で空気中に
放置という条件下での結果についてのみ述べたが、通電
加熱状態で放置しても、あるいは可燃性ガスを含む空気
中に放置しても、特性の安定性に優れていた。
Regarding high-temperature storage, in the above example, only the results were described under the condition of leaving the product in the air with no electricity applied, but even if the product was left in an electrically heated state or in an air containing flammable gas. , and had excellent stability of characteristics.

そして、煮沸や湿中放置、湿中電圧印加などの試験にお
いても良好な結果が得られた。
Good results were also obtained in tests such as boiling, leaving in humidity, and applying voltage in humidity.

これらの結果は有機バインダーを加えてペースト状にし
て焼付けた皮膜状焼結体および有機バインダーを加えず
に圧綿成形したバルク状焼結体のいずれにおいても同じ
結果が得られており、CaO,SrO,BaOの添加効
果によるものと考えられる。
These results were the same for both a film-like sintered body made into a paste with an organic binder and baked, and a bulk-formed sintered body compressed without an organic binder. This is thought to be due to the effect of adding SrO and BaO.

γ−Fe2O3系のガス感応体の検知素子としての劣化
には主として熱によるものであるが、大きくわけて(1
)ガス含有雰囲気中の焼結体の抵抗値の上昇と(2)ガ
ス感応特性(ガスによる抵抗変化率)の減少の2種があ
り、これらの二つの劣化は同時に進むことが多い。
The deterioration of the γ-Fe2O3-based gas sensitive material as a sensing element is mainly due to heat, but it can be roughly divided into (1
There are two types of deterioration: (2) an increase in the resistance value of the sintered body in a gas-containing atmosphere and (2) a decrease in gas sensitivity characteristics (rate of change in resistance due to gas), and these two types of deterioration often proceed simultaneously.

従ってこの両者は互に関連があると考えられ、γ−Fe
2O3の相転移によって説明出来る。
Therefore, these two are considered to be related to each other, and γ-Fe
This can be explained by the phase transition of 2O3.

一方、高湿中通型や煮沸処理などを組み合わせると上述
の如き劣化は促進されるが、これらのことは湿度が直接
か又は間接的に上記相転移に影響を与えるものと考える
と理解しやすい。
On the other hand, the above-mentioned deterioration is accelerated when combined with high-humidity soaking, boiling, etc., but this is easier to understand if you consider that humidity directly or indirectly affects the above-mentioned phase transition. .

そのときにはγ−Fe20sの耐熱性を向上させる添加
物は耐湿性をも向上させる可能性が大きい。
In that case, there is a high possibility that the additive that improves the heat resistance of γ-Fe20s also improves the moisture resistance.

さらに、温度サイクルや振動に対しても、安定しており
、バルク状あるいは皮膜状の焼結体としての特徴が十分
に得られた。
Furthermore, it was stable against temperature cycles and vibrations, and had sufficient characteristics as a bulk or film-like sintered body.

そして、その形状は、使用目的や使用場所などに応じて
、バルク状あるいは皮膜状のいずれかにもすることがで
きる。
The shape can be either a bulk shape or a film shape depending on the purpose of use and the place of use.

また、ガス感応後の抵抗値復帰時間を、使用温度を高め
ることができるため、Caf、fどを含まないものに比
べて3分の1〜5分のlに短縮することができた。
In addition, since the operating temperature can be increased, the time required for the resistance value to recover after gas sensitivity can be shortened to one-third to one-fifth of that of a material that does not contain Caf, f, or the like.

出発材料としては、実施例に示した化合物に限られるも
のではなく、最終的にγ−Fe 203に、Ca O*
S r OおよびBaOのうちの少なくとも1種が含
まれている焼結体になるものであればよい。
The starting materials are not limited to the compounds shown in the examples, but ultimately γ-Fe 203, CaO*
Any material may be used as long as it forms a sintered body containing at least one of S r O and BaO.

実施例におけるような焼結の際の雰囲気は、窒素に限ら
れるものでなく、アルゴンをはじめとする不活性ガス、
炭酸ガス、あるいは少量の水素を含む不活性なガスなど
の非酸化性雰囲気、または真空であってもよい。
The atmosphere during sintering as in the examples is not limited to nitrogen, but may also include inert gas such as argon,
A non-oxidizing atmosphere such as carbon dioxide gas or an inert gas containing a small amount of hydrogen, or a vacuum may be used.

そして、バルク状のγ−Fe203焼結体を作製するた
めの焼成温度は、500〜1200℃の範囲内とするこ
とが推奨される。
The firing temperature for producing the bulk γ-Fe203 sintered body is recommended to be within the range of 500 to 1200°C.

焼結温度が500℃より低くなると、焼結が不十分にな
り、機械的強度や耐水性、耐湿性が低下する。
When the sintering temperature is lower than 500° C., sintering becomes insufficient and mechanical strength, water resistance, and moisture resistance decrease.

また、それが1200℃を越えると粒成長が著しくなり
、F e304を酸化してγ−Fe2O3とすることが
困難になるとともに、応答時間と復帰時間が長くなる。
Furthermore, if the temperature exceeds 1200°C, grain growth becomes significant, making it difficult to oxidize Fe304 to γ-Fe2O3, and the response time and recovery time become longer.

そして、この場合、変成F e s04を酸化して、γ
−Fe2O3を得るときの酸化温度は、700℃以下と
することが、望ましい。
In this case, the metamorphosed Fe s04 is oxidized to produce γ
The oxidation temperature when obtaining -Fe2O3 is desirably 700°C or lower.

それが700℃を越えると、α−F e 20aが多量
に析出するようになる。
If the temperature exceeds 700°C, a large amount of α-F e 20a will precipitate.

量産するときには、100〜200℃の比較較的低い温
度から徐々に高めることがよく、このような酸化処理を
すると、焼結体にひび割れを生じたりするようなことは
なくなる。
For mass production, it is best to gradually increase the temperature from a relatively low temperature of 100 to 200°C, and by performing such an oxidation treatment, cracks will not occur in the sintered body.

また、皮膜状の焼結体とするときには、変成γF e2
03の粉末は、0.11tm以下の粒径とすることが望
ましい。
In addition, when forming a film-like sintered body, modified γF e2
It is desirable that the powder No. 03 has a particle size of 0.11 tm or less.

あまり粒径が大きくなると、基板に対する接着性が悪く
なり、容易に剥離してしまう。
If the particle size becomes too large, the adhesion to the substrate will deteriorate and it will be easily peeled off.

そして、その焼結温度は500℃を越えないことが望ま
しい。
It is desirable that the sintering temperature does not exceed 500°C.

それが高すぎると、変成γ−Fe203の粒径が小さい
ため、過燐酸になりやすく、可燃性ガスに対する感応性
が悪くなる。
If it is too high, the modified γ-Fe203 has a small particle size, so it tends to become superphosphoric acid, and the sensitivity to combustible gas deteriorates.

以上説明したように、本発明にかかる素子は、γ−Fe
2O3、およびCaOとSrOとBaOとからなる酸化
物群から選択された少くとも1種をそれぞれ80〜99
.8モル係、20〜0.2モルφの組成比率で含む焼結
体をガス感応体としこれに電気抵抗測定用のl対の電極
と加熱用のヒータを付与して、可燃性ガスの濃度変化に
より、該ガス感応体の電気抵抗値が変化することを用い
て可燃性ガスを検知することを特徴とするものである。
As explained above, the device according to the present invention is made of γ-Fe.
2O3, and at least one selected from the oxide group consisting of CaO, SrO, and BaO, each containing 80 to 99%
.. A sintered body containing a composition ratio of 8 moles and 20 to 0.2 moles φ is used as a gas sensitive body, and it is provided with l pairs of electrodes for measuring electrical resistance and a heater for heating, and the concentration of combustible gas is determined. The combustible gas is detected by using the change in the electrical resistance value of the gas sensitive body due to the change.

この素子は、可燃性ガスに対する感応性、および特性の
安定性に優れており、また焼結体であるため、熱衝撃や
機械的振動に対しても強いものである。
This element has excellent sensitivity to combustible gases and stable characteristics, and since it is a sintered body, it is resistant to thermal shock and mechanical vibration.

さらに、可燃性ガスに対する応答時間および復帰時間が
短く、特に復帰時間はγ−Fe 20gのみの場合に比
べて、大巾に短縮され、応答性が著しく改善される。
Furthermore, the response time and recovery time to combustible gas are short, and in particular, the recovery time is greatly shortened compared to the case of using only 20 g of γ-Fe, and the response is significantly improved.

外気温度の変動に対しても、素子の抵抗変化が小さく、
実用性の高いものである。
The resistance change of the element is small even with changes in outside temperature.
It is highly practical.

なお、本発明においては、α−Fe203成分などが焼
結体中にある程度含まれていても、その本質的な性質が
失われてしまうようなことがない。
In the present invention, even if the sintered body contains a certain amount of the α-Fe203 component, its essential properties will not be lost.

そして、より特性を向上させたり、あるいは用途により
適した性質を得たりするために、他の成分をさらに添加
含有させることも可能である。
Further, in order to further improve the characteristics or obtain properties more suitable for the purpose, it is also possible to further add and contain other components.

そして可燃性ガスとしては、プロパンやイソブタン以外
に、都市ガスやエチルアルコール、メチルアルコール、
水素、アセトン、その他一般の炭化水素をはじめ、種々
の可燃性のガス状物質をあげることができる。
In addition to propane and isobutane, flammable gases include city gas, ethyl alcohol, methyl alcohol,
Various flammable gaseous substances can be mentioned, including hydrogen, acetone, and other common hydrocarbons.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明にかかる可燃性ガス検知素子の一実施例
の構造を示す斜視図、第2図はこの素子の組成比率と抵
抗、感度との関係の一例を示す図、第3図は他の実施例
の構造を示す斜視図である。 2・・・・・・皮膜状のガス感応体、3・・・・・・電
極、4・・・・・・白金発熱体、11・・・・・・バル
ク状のガス感応体、12・・・・・・電極、14・・・
・・・白金発熱体。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of one embodiment of the combustible gas detection element according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the composition ratio, resistance, and sensitivity of this element, and FIG. FIG. 7 is a perspective view showing the structure of another embodiment. 2... Film-like gas sensitive body, 3... Electrode, 4... Platinum heating element, 11... Bulk gas sensitive body, 12... ...Electrode, 14...
...Platinum heating element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 r Fe2O3+およびCaOとSrOとBa
Oとからなる酸化物群から選択された少なくとも1種を
、それぞれ80〜99.8モルφ、20〜0,2モル饅
の組成比率で含む焼結体をガス感応体とし、これに電気
抵抗測定用の1対の電極と加熱用のヒータを付与して可
燃性ガスの濃度変化により、該ガス感応体の電気抵抗値
が変化することを用いて可燃性ガスを検知することを特
徴とする可燃性ガス検知素子。
1 r Fe2O3+ and CaO and SrO and Ba
The gas sensitive body is a sintered body containing at least one kind selected from the oxide group consisting of A pair of electrodes for measurement and a heater for heating are provided, and the flammable gas is detected by using the change in the electrical resistance value of the gas sensitive body due to the change in the concentration of the flammable gas. Flammable gas detection element.
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