三氧化二鋁基氣敏材料及氣敏元件的製作方法

2023-05-06 01:45:56

專利名稱：三氧化二鋁基氣敏材料及氣敏元件的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種陶瓷氣敏材料和氣敏元件陶瓷氣敏元件目前應用最多的是SnO2系(J77-005880專利)和ZnO系(J54-032394專利)，SnO2系採用SnO2作基體材料，添加SiO2、PdCl2為催化劑，ZnO系採用ZnO作基體材料，添加ZnSO4等。使用以上基體材料及製作的這類陶瓷氣敏元件存在的缺陷是1.穩定性差。陶瓷氣敏元件的電阻值受環境溫度與溼度的影響很大。長期使用時，元件在空氣中或可燃性氣體中的電阻值下降，從而造成低於設置濃度下的誤報。另外，元件短期內不能穩定，其電阻需經一系列變化才能穩下來，這種變化一般需要幾十分鐘甚至幾天的時間。元件穩定性差在很大程度上造成了定量檢測的困難。
2.氣體解析度差。這類元件對可燃性氣體呈現一定的氣體普適性，很難達到單一氣體選擇性。
3.壽命短。元件長期工作後，造成敏感材料晶粒長大，固相之間進行未完成的反應，元件中添加的催化劑性能改變等因素使元件性能下降，從而使元件壽命縮短。元件長期放置後，催化劑會因吸水或吸附其它氣體而中毒，活性下降，基體材料也會因此而改變性能，以至元件不能使用而報廢。
本發明的目的就是為了克服已有技術的缺陷，提出了一種穩定性好，具有優良的抗溫、抗溼性能，對氣體解析度高，具有良好的單一氣體選擇性，壽命長的陶瓷氣敏材料及氣敏元件。
本發明的目的可以通過以下措施來達到。用陶瓷基體材料和添加劑按一定分子百分比配合組成陶瓷氣敏材料及氣敏元件。本發明用活性Al2O3為基體材料(其分子百分比為45％-95％)，添加可提高氣體選擇性，有助熔或催化作用的添加劑，如過渡金屬氧化物(2％-50％)，金屬氧化物(1％-15％)，非金屬氧化物(0-10％)，選擇至少兩種與基體材料配合以及貴金屬(1％-2.5％)作催化劑並經過一定的微化及活化處理後實現本發明。
本發明與已有技術相比具有以下優點1.突破了已有技術一般在陶瓷氣敏材料和元件中Al2O3作添加劑的局限而用其作為基體材料，並通過微化及活化處理增強其活性，從而開發了Al2O3材料的新功能。
2.充分發揮了Al2O3材料的特點。用Al2O3基氣敏材料及製備的元件幾乎不受環境溫度、溼度的影響，且元件電阻值也具有很好的穩定性。在穩定性周期測試中連續測量80天，電阻靜態阻值波動低於5％，小於已有技術的8％。
3.氣體分辯率高。G＝R1/R2≥9(R1、R2為同一元件在兩種不同氣體、相同濃度時的電阻值)。高於已有技術的G≥3。
4.通過對材料的微化處理，使材料在燒結過程中固相間反應完全，避免了元件在長期使用過程中材料性能的改變，從而使元件有較長的壽命。
以下對本發明作詳細描述。
本發明的目的還可以通過以下措施實現。本發明的陶瓷氣敏材料及氣敏元件的基體材料為Al2O3(45％-95％)，添加有助熔劑B2O3(0-10％)，根據測試不同氣體需要的氣敏材料可分別添加過渡金屬氧化物SnO2(5％-30％)，In2O3(20％-50％)，Y2O3(5％-20％)，Co2O3(1％-4％)，Sb2O3(2％-4％)，ZnO(0.1％-9.5％)，MoO3(0.5％-5％)，ZrO2(微量-5％)，鹼金屬氧化物K2O(微量-1％)，鹼土金屬氧化物MgO(2％-15％)，非金屬氧化物SiO2(2％-9％)，其中一種或幾種，添加貴金屬PdCl2(0.2％-2.5％)或Pt粉(0.1％-2％)作為催化劑。加適量粘合劑，採用塗敷—燒結工藝，可製成陶瓷氣敏材料及其旁熱式燒結型氣敏元件。實施例一 Al2O3基氫氣敏感材料及元件配方Al2O3(55％-80％)，B2O3(2％-6％)，SnO2(10.5％-25％)，SiO2(4％-9％)，Sb2O3(2.5％-4％)，PdCl2(0.5％-2％)。性能空氣中標定值檢測範圍 靈敏度 響應時間氣辨率0.1-1(V) 10-10000(ppm)≥3≤10(S) ≥9實施例二 Al2O3基己醇敏感材料及元件配方Al2O3(50％-75％)，B2O3(1％-3％)，SnO2(10％-25％)，MgO(2％-12％)，SiO2(2％-6％)，Co2O3(1％-4％)，MoO3(2％-5％)，PdCl2(0.2％-1％)。性能空氣中標定值檢測範圍靈敏度 響應時間氣辨率0.1-0.6(V) 5-500(ppm)≥5 ≤10(S) ≥9實施例三 Al2O3基甲烷敏感材料及元件配方Al2O3(45％-70％)，In2O3(25％-50％)，ZnO(1％-4％)，K2O(微量-1％)，Pt(0.2％-2％)。性能檢測濃度0.5％(vol)，靈敏度6.5。實施例四 Al2O3丁烷敏基感材料及元件配方Al2O3(45％-70％)，In2O3(20％-45％)，Y2O3(5％-20％)，ZrO2(0.1％-3％)，Pt(0.1％-1％)。性能檢測濃度0.5％(vol)，靈敏度10。實施例五 Al2O3基一氧化碳敏感材料及元件配方Al2O3(50％-75％)，ZnO(5％-20％)，MgO(1％-10％)，Co2O3(1％-4％)，PdCl2(0.2％-1％)，ZrO2(2％-5％)，Nb2O5(2％-5％)。性能檢測濃度0.5％(vol)，靈敏度6.5。
權利要求
1.一種陶瓷氣敏材料及氣敏元件，由陶瓷基材和添加劑配比組成。其特徵是基材為活性Al2O3(45％-95％)，添加劑有過渡金屬氧化物(＜50％)、其它金屬氧化物(＜15％)及非金屬氧化物(＜10％)，選擇至少兩種，以及貴金屬(＜2.5％)作催化劑組成。
2.如權利要求1的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特徵是添加有助熔劑B2O3(0-10％)，添加劑SnO2(5％-30％)，In2O3(20％-50％)，Y2O3(5％-20％)，Co2O3(1％-4％)，Sb2O3(2％-4％)，ZnO(0.1％-9.5％)，MoO3(0.5％-5％)，ZrO2(微量-5％)，K2O(微量-1％)，MgO(2％-15％)，SiO2(2％-9％)，Nb2O5(微量-5％)，其中一種或幾種；催化劑PdCl2(0.2％-5％)或Pt(0.1％-2％)組成。
3.如權利要求1～2的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特徵是由Al2O3(55％-80％)，添加B2O3(2％-6％)，SnO2(10.5％-25％)，SiO2(4％-9％)，Sb2O3(2.5％-4％)，PdCl2(0.5％-2％)組成。
4.如權利要求1～2的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特徵是由Al2O3(50％-75％)，添加B2O3(1％-3％)，SnO2(10％-25％)，MgO(2％-12％)，SiO2(2％-6％)，Co2O3(1％-4％)，MoO3(2％-5％)，PdCl2(0.2％-1％)組成。
5.如權利要求1～2的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特徵是由Al2O3(45％-70％)，添加In2O3(25％-50％)，ZnO(1％-4％)，K2O(微量-1％)，Pt(0.2％-2％)組成。
6.如權利要求1～2的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特徵是由Al2O3(45％-70％)，添加Y2O3(5％-20％)，ZrO2(0.1％-3％)，In2O3(20％-45％)，Pt(0.1％-1％)組成。
7.如權利要求1～2的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特徵是由Al2O3(50％-75％)，添加ZnO或SnO2(5％-20％)，MgO(1％-10％)，ZrO2(2％-5％)，Co2O3(1％-4％)，Nb2O5(2％-5％)，PdCl2(0.2％-1％)組成。
全文摘要
三氧化二鋁基氣敏材料及氣敏元件，屬於一種陶瓷氣敏材料及元件。採用活性Al
文檔編號C04B35/10GK1165797SQ9611756
公開日1997年11月26日 申請日期1996年5月22日 優先權日1996年5月22日
發明者肖定全, 餘萍, 朱建國 申請人:四川聯合大學(四川大學)