[發(fā)明專利]催化燃燒式傳感器敏感體自組裝成型制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710041727.4
• 申請(qǐng)日: 2007-06-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101059467A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 惠春;高順華;徐愛(ài)蘭;侯安州;吳義伯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/16
• 分類號(hào): G01N27/16
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 毛翠瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種催化燃燒式傳感器敏感體自組裝成型制造方法，采用新型工藝提高傳感器的特性，用于精確可靠的檢測(cè)氣體濃度。屬于電子材料與傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

催化燃燒式傳感器是利用材料對(duì)氣體接觸燃燒的反應(yīng)熱改變另一種材料電阻特性，通過(guò)對(duì)電阻特性的檢測(cè)達(dá)到檢測(cè)氣體的目的。目前國(guó)內(nèi)催化燃燒式傳感器的敏感體制備的成型主要靠手工涂敷的方法。這種成型方法存在的缺點(diǎn)：①通常一個(gè)敏感體采用手工操作要涂敷幾十次，甚至上百次，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，敏感體形狀、大小不均勻，厚度不一致；②由于支撐骨架加熱絲線圈的間距和內(nèi)徑很小，漿料很難涂敷至內(nèi)部，易造成敏感體內(nèi)部空心；③催化劑很難均勻的負(fù)載在整個(gè)載體中。用這種手工成型方法制作的傳感器敏感體往往也存在相應(yīng)的缺陷：①由于形狀、大小，厚度不一致，不同的敏感體在同濃度甲烷中燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱量有差異(即使加熱絲的電阻值誤差很小)，引起表面溫度差異較大，這就使得用相同阻值的黑白元件組成的橋式電路，傳感器輸出特性偏差；②易造成空心敏感體，在通電燒結(jié)時(shí)敏感體各部分受熱不均勻，易開(kāi)裂，在長(zhǎng)期橋式電路加熱工作狀態(tài)時(shí)，由于加熱絲和膜層之間熱膨脹系數(shù)不同，空心更易使得膜層開(kāi)裂，甚至脫落，使傳感器失效，縮短了傳感器的壽命；③由于催化劑很難均勻的負(fù)載于整個(gè)載體中，在甲烷氣體中燃燒時(shí)易造成局部受熱不均勻，會(huì)使表面積碳作用加劇，使傳感器靈敏度衰減加快。

因此要進(jìn)一步提高傳感器的穩(wěn)定性、靈敏度和壽命，就必須解決傳感器敏感體手工操作制備過(guò)程中所引起的一系列問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種催化燃燒式傳感器敏感體自組裝成型制造方法，可制得形狀、大小一致，厚度均勻的傳感器敏感體載體，能提高載體強(qiáng)度，提高傳感器的導(dǎo)熱性能和靈敏度，適合批量生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明根據(jù)催化燃燒式傳感器探頭的具體結(jié)構(gòu)與檢測(cè)原理，采用一種催化燃燒式傳感器敏感體自組裝成型制作技術(shù)，首先將鉑絲繞制成的支撐骨架加熱絲，浸沒(méi)在配制好的傳感器液體漿料中，在真空負(fù)壓條件下，利用擴(kuò)散原理與液體的表面張力作用自組裝形成規(guī)則均勻的橢球狀，經(jīng)負(fù)載催化劑，通電燒結(jié)成催化傳感器敏感體，然后封裝，制成催化燃燒式傳感器。

本發(fā)明的方法包括如下具體步驟：

1、載體漿料制備：以質(zhì)量百分比計(jì)，在Al₂O₃粉體中添加造孔劑：0.1～0.5％的CaO和0.1～0.4％的Fe₂O₃，加入20～50％的硝酸鋁Al(NO₃)₃溶液，球磨1～3小時(shí)，經(jīng)陳化10～18小時(shí)后制備成載體漿料，存貯于漿料盒中待用。

2、自組裝成型：將焊接在元件架上的鉑絲線圈50～100個(gè)按照陣列式排布插在一塊板上，浸入漿料中，控制溫度25℃，抽真空0.02～0.08MPa，靜置1～3分鐘后調(diào)至常壓狀態(tài)，通電加熱，待燒結(jié)后斷電，然后浸入到質(zhì)量濃度0.5～1.5％的稀鹽酸溶液中，在25℃、0.02～0.08MPa下反應(yīng)1～3小時(shí)后，將其焊接在傳感器底座上，通電燒結(jié)，就制備成多孔、大小均勻橢球狀的白元件。

3、負(fù)載催化劑：將白元件浸入質(zhì)量濃度為10～30％的氯鉑酸溶液中，保持3～5分鐘，使白元件負(fù)載上催化劑，然后通電燒結(jié)，制備成難熔橢球狀催化燃燒式傳感器敏感體。

本發(fā)明的方法，在幾個(gè)方面做了技術(shù)創(chuàng)新：

1、在催化元件敏感體成型上，改變了手工涂敷的傳統(tǒng)技術(shù)，采用真空負(fù)壓的方法，利用擴(kuò)散原理與液體的表面張力作用，使載體漿料快速、均勻的進(jìn)入支撐骨架加熱絲中，形成均勻規(guī)則的橢球狀。而且一次成型可批量制得形狀、大小一致，厚度均勻的傳感器敏感體載體，比手工涂敷提高功效至少50～60倍，使燒成的白元件表面形狀一致，載體材料結(jié)構(gòu)均勻，提高了傳感器的導(dǎo)熱性能；

2、在制作白元件的工藝技術(shù)上，經(jīng)過(guò)球磨、陳化等步驟，使固、液相得到了充分的相溶均化，制備出均勻、粘度適度的漿料；

3、在白元件的制作過(guò)程中加入造孔劑，燒結(jié)形成了多孔載體材料，既有利于甲烷氣體在傳感器中的擴(kuò)散，也使后期負(fù)載的催化劑在載體中均勻的分布，催化劑和載體顆粒由晶粒之間的相互作用緊密的結(jié)合在一起，避免了催化劑只負(fù)載在載體的表面，在甲烷氣體中燃燒時(shí)傳感器局部過(guò)熱，散熱不均勻致使催化劑衰減過(guò)快。提高了傳感器的使用壽命，由于載體材料性能一致，從而也提高了傳感器的配對(duì)效率；