KR940003746B1 - 세라믹 습도센서의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

세라믹 습도센서의 제조방법

도면은 본 발명에 의한 세라믹 습도센서와 종래 습도센서의 감습특성을 보인 도표.

본 발명은 전자레인지등에 사용되는 세라믹 습도센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 감습특성의 향상에 적합하도록 한 세라믹 습도센서의 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 세라믹 습도센서의 전극은 넓은 범위의 온도 및 습도센서 온도저항계수가 안정된 RuO₂계 후막저항체가 주로 사용되고 있는 바, 상기한 RuO₂계 후막저항체는 전기적 특성을 결정하는 도전성분(Conductive Phase)과, 전극막을 소체의 표면에 접착시키는 유리결합체(Glass Frit)및 도료(Paste)의 용융특성을 결정하는 유기용매(Vehicle)로 구성되어 있다.

이와같이 RuO₂계 후막저항체 전극의 면적저항(Sheet 저항)은 그 조성비에 따라 0.5/?~10⁹Ω/?으로 조절할 수 있다.

한편, 상기한 바와같은 RuO₂계 후막저항체를 이용한 세라믹 습도센서의 전극은 도전용 성분과 유리결합제로 된 전극도료를 유리화 온도까지 가열함으로써 제조된다.

그러나 상기한 바와같은 종래의 기술에 의한 세라믹 습도센서의 제조방법에 있어서는 소자의 초기 감습특성이 시간의 경과에 따라 변화되어 습도검출능력이 저하되는 단점이 있었으며, 또한 전극의 소부시에는 용융되어 점도가 저하된 유리성분이 다공구조의 감습소체 내부로 침투되어 감습소체의 감습특성 자체가 변화(특히, 초기 감습특성의 감도가 저하)될 뿐만 아니라 반복적인 이력(Hysteresis)이 생겨 소자의 특성이 저하되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명에 의한 세라믹 습도센서의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, RuO₂계 전극도료(Paste)에 지르코니아(ZrO₂)와 알루미나(Al₂O₃)를 각각 소정량으로 배합하여 세라믹 습도센서의 전극재 도료를 제조한다.

이때, 지르코니아 및 알루미나의 입경이 2.5㎛이하인 분말이 바람직하며, 그 양은 유리결합제의 성분에 대하여 5~30wt%가 가장 좋다.

상기 지르코니아 및 알루미나 분말은 전극의 내수성 향상에 기여함과 아울러 전극도료중 유리결합제 성분의 유리화 온도를 상승시켜 유리성분이 감습소체의 내부로 침투하는 현상을 억제하는 역할을 한다.

이때 지르코니아 및 알루미나 분말의 첨가량이 5wt%이하일 경우에는 상기한 효과는 현저하게 감소되며, 또한 30wt%이상일 경우에는 전극이 감습소체에 강고하게 소부되지 않아 박리현상이 발생하기 쉽다.

한편, 상기한 바와같이 제조가 완료된 전극재 도료를 미리 제작한 감습소체에 소부함으로써 본 발명에 의한 세라믹 습도센서의 제조가 완료된다.

상기한 소부온도는 700~800℃로 비교적 저온에서 실시하는 것이 효과적이지만, 이 경우에는 소부 후 전극과 감습소체사이의 밀착력이 저하되므로 그 소부온도를 적절하게 조절할 수 있다.

상기한 바와같은 본 발명에 의한 세라믹 습도센서의 제조방법을 일 실시예를 들어 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

먼저, MgO, Cr₂O_3,TiO₂분말을 몰(Mol)비로 각각 40%, 40%, 20%로 혼합한 다음, 800kg/㎠의 압력을 가하여 성형체를 형성한다.

이후, 상기 성형체를 1300℃에서 2시간동안 소성하여 소결체를 제조한 다음 지름 10cm, 두께 0.25cm의 크기로 시편을 제작한다.

한편, 전극재 도료는 Ru₂75wt%, 유리결합체 25wt%인 전극도료에 직경 2.0㎛이하의 지르코니아 미분말을 유리결합체 성분에 대하여 1, 5, 20, 30, 40wt%의 비율로 배합하여 혼련한 후 점도가 조정된 유기용매(Vehicle)을 첨가하여 제조하였다.

이와같이 제조된 전극재 도료를 미리 제작한 감습소체에 스크린인쇄(Screen Printing) 및 건조한 다음 700, 750, 800, 900℃에서 각각 10~20분간 소부함으로써 세라믹 습도센서의 제조를 완료하였다.

상기와 같은 본 발명에 의한 세라믹 습도센서를 40℃에서 습도변화에 따라 감습특성을 측정한 다음, 시간적 열화를 알아보기 위해 상대습도 80%, 40℃로 1,000시간동안 방치한 후, 다시 40℃에서 감습특성을 측정하였는바, 그 결과는 첨부된 도면에 도시한 바와같다.

즉, 첨부된 도면의 A직선은 본 발명의 세라믹 습도센서 제조방법에 의하여 지르코니아가 20wt% 첨가된 전극을 갖춘 세라믹 습도센서의 초기감습특성을 도시한 것이고, B직선은 위 본 발명에 의한 센서를 40℃, 상대습도 80%에서, 1,000시간 동안 방치시킨 후의 감습특성을 도시한 것이고, C곡선은 종래의 세라믹 습도센서를 동일한 조건, 즉 40℃, 상대습도 80%에서, 1,000시간 동안 방치한 소자의 감습특성곡선을 도시한 것이다.

A직선은 본 발명의 제조방법으로 제조된 습도센서의 초기감습곡선으로 초기의 특성은 상대습도에 따라 소장의 저항이 급격히 변하므로 습도센서로써 사용되기에 적합하다.

종래의 소자에서도 초기에 나타나는 특성은 안정되어 있지만 장시간이 지난 후에는 C곡선과 같이 그 특성이 변하므로 습도센서로서 사용되는데 부적합하다. 즉, 저습영역에서는 특히 저항변화가 거의 없으므로 습도센서로써 사용할 수 없다.

그러나 본 발명의 제조방법으로 제조된 소자는 장시간 방치한 후에도 B곡선과 같이 여전히 그 직선성이 우수하므로 장시간 사용하여도 그 특성이 변하지 않고, 습도변화에 민감한 저항변화를 나타내게 된다.

즉, 본 발명의 특성을 나타내는 A직선을 보면, 상대습도를 20%에서, 80%로 변화시켰을 때 소자의 저항이 ~10⁷ΩㆍCm에서 ~10⁵ΩㆍCm로 급격히 감소하는 변화는 갖고 있다는 것과 특히 각 습도영역을 연결시켰을 때 직선성이 매우 좋으므로 습도센서의 알고리즘을 만드는데 용이하게 될 수 있다는 것을 알 수 있다.

또 본 발명에 의해 제조된 소자를 40℃, 상대습도 80%에서 1.000시간동안 방치시킨 후에도 그 특성(B직선)이 동일 조건을 방치한 후의 종래의 센서의 특성(C곡선)에 비하여 직선성이 우수하고, 특히 센서의 감도를 나타내는 습도변화에 따른 소자저항의 변화값, 즉 B직선의 R20%/R80%가 C곡선의 R20%/R80% 보다 2배 정도 큰 값을 갖는 등 B직선의 소자가 C곡선의 소자에 비하여 주위 습도 변환에 대한 감소가 높음을 알 수 있다.

또한 종래의 소자는 C곡선으로 보인 바와같이 저습영역인 상대습도 40% 이하에서 그 특성에 큰 변화를 나타내고 있는 반면, 본 발명의 소자는 B직선으로 보인 바와같이 저습 영역에서도 거의 변화가 없어 저습영역에서도 사용할 수 있음을 알 수 있다.

즉, 습도센서에서는 상대습도 - 저항 +의 선도로 나타나는 민감성이 매우 중요한 요소인바, 본 발병에 의한 센서에서는 초기감습특성(A직선)이나 방치후의 감습특성(B직선)이 상대습도의 변화에 따른 저항의 변화가 일정한 비율로 변화되어 그 선도가 직선으로 나타나며 이는 민감성이 매우 우수함을 보이는 것인데 반하여, 종래의 센서에서는 상대습도 40%이하에서는 상대습도의 변화에 대한 저항의 변화가 소폭으로 이루어지게 되며 전구간에서도 상대습도-저항의 선도가 곡선으로 나타나며 이는 민감성이 불량함을 보이는 것으로 습도센서로서 부적합하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 세라믹 습도센서의 초기 감습특성 저하 및 시간적 변화에 의한 감습 특성의 열화를 방지할 수 있으므로 넓은 습도범위에서 감습특성이 우수한 장점이 있으며, 또한 장시간의 사용시에도 안정하게 되므로 전자레인지와 같은 반복되는 사용 및 가열 크리닝이 요구되는데 사용할 수 있게되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 유리결합제를 포함하는 RuO₂계 전극도료에 지르코니아(ZeO₂) 및 알루미나(Al₂O₃) 분말을 유리결합제 성분에 대하여 5~30wt%의 비율로 혼합하여 혼련한 후 유기용제를 첨가하여 전극재 도료를 제조함을 특징으로 하는 세라믹 습도센서의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전극재 도료를 미리 제조한 감습소체에 소부하여 감습소재의 표면에 전극재 도료를 형성시킴을 특징으로 하는 세라믹 습도센서의 제조방법.