[發明專利]以納米銅和鋁金屬粉末為基體的高靈敏度溫度傳感器件制造方法

有效

• 申請號: 201010588472.5
• 申請日: 2010-12-15
• 公開（公告）號: CN102095518A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 遲國棟;伊萬諾夫·格納季·瓦西里耶維奇;薩維內赫·瓦吉姆·尤里耶維奇;頓欽柯·瓦列里·阿列克謝耶維奇
• 申請（專利權）人: 遲國棟;簡曲清
• 主分類號: G01K7/16
• 分類號: G01K7/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種以納米金屬粉末為基體，制造高靈敏度溫度傳感器件的方法，屬于溫度傳感器件制造工藝技術領域。

技術背景；

此發明屬測量技術，應用于對汽車、航空器發動機、電機、應用低溫冷凍工藝的原子反應堆等領域的工作溫度進行精確控制。

眾所周知，在工業和科研領域中測量物體的溫度用的是導線溫差電偶。它的缺點是靈敏度低和傳感惰性。

為了精密測量而使用電阻溫度計——薄膜半導體裝置：平面鍺溫度計已為人所知。該裝置具有n型(n結)導電性鍺的熱敏層、合金的砷和鎵p型(p結)鍺薄層表面附著的砷雜質密度超過鎵雜質密度。在熱敏層和p-n結板之間必然存在著結板鍺熱敏層的電絕緣性，電流輸出端連接到鍺熱敏層上。當溫度發生變化時平面鍺溫度計熱敏層的電阻也發生變化。借助于校準的溫度計的參數和阻抗的測量數值即可測定需測的溫度。

這種測量儀器的缺點是原材料價格昂貴，制造工藝復雜，測量溫度的范圍很小。

大家知道，阻抗的溫度在外部磁場下一般適用于較大的范圍在1至300開爾之間。這種溫度計的熱敏元件是由6H型晶體狀硅炭化物和合金氮化形成，在硅碳化物晶體增長的過程中從氣相中實現的合金化。制成的熱敏元件是尺寸為6×2×0.5mm的平行六面體。

這種測量裝置的缺點同樣是制作工藝復雜。

高靈敏度溫度傳感器件發明的目的是使用電爆炸法獲得的納米金屬粉末制成一種全新概念的測量儀器。

取一直徑為小于0.3微米、長度為30至50毫米的短金屬絲，放入充滿氬氣的容器中，加上時間小于1微米的高壓脈沖(30至50千伏)，使金屬絲周圍產生壓縮電磁場(達100至150千帕)，這時被破壞的材料在熔化和蒸發的溫度下保留下來。隨后加熱到2至4萬開爾文，使它產生非常高的電阻抗，以至流動暫時停止了，壓縮電磁場也消失了。過熱和過度壓縮的金屬絲以超音速(1至1.5千米/秒)膨脹成直徑為50至100納米的氣溶膠顆粒。然后快速絕熱冷卻形成具有特殊物理和化學性能的復合型的穩性結構，所獲得的納米粉在保存時是穩定的。

將粉末壓制成直徑為6毫米、厚度為1毫米的小“藥片”狀，就可用于做溫度測量用的傳感器件。

由銅和鋁電爆法制成的小“藥片”具有很高的電阻抗，而在加熱情況下電阻抗大幅度下降。銅粉“藥片”的電阻抗在室溫下是幾百兆歐姆，而將其加熱到200℃時，電阻降到幾百歐姆，再將其冷卻下來，通過加熱-冷卻幾個周期的反復過程，可以觀察到完全相同的結果。(溫度阻抗曲線見說明書附圖)

發明內容：

本發明的目的是提出一種采用納米金屬粉末為基體制備高靈敏度溫度傳感器件。

本發明以納米金屬粉末為基體，制造高靈敏度溫度傳感器件的制造方法，主要是采用納米銅粉或鋁粉，該粉末是采用電爆炸法，在氬氣中產生而得到的。該方法主要包括以下幾個工藝步驟：

1、取直徑小于0.3微米，長為30至50毫米金屬絲，放入氬氣中，加上時間小于1微秒電脈沖，使金屬絲周圍產生壓縮電磁場，使金屬絲融化蒸發，形成50至100納米白色氣溶膠顆粒，然后絕熱冷卻，形成納米金屬粉末。

2、將金屬粉末壓制成直徑為6毫米，厚為1毫米的圓形薄片狀金屬片。

3、在藥片兩端焊接上金屬導線做引線，就形成了以納米金屬粉末為基體的高靈敏度溫度傳感器件。

本發明基本原理：

高靈感度溫度傳感器件是具有壓縮粉末制成的“藥片”狀熱敏元件，元件端面焊接金屬絲制成電流輸出端，其特性是用納米銅粉或鋁粉為制造“藥片”的原料，而銅粉(或鋁粉)是用氬氣包裹的銅絲(鋁絲)采用電爆炸法獲得的。將粉末壓制成直徑為6毫米，厚度為1毫米的薄片。在其端面焊接上金屬引線，就成為用于測量溫度的傳感器件。該傳感器件具有很高的電阻特性，最高阻抗用電阻表放在最大量程測量達到極限位置，在常溫下達到幾百兆歐，在慢慢加熱情況下，電阻值大幅下降，加熱到150℃以上時，電阻值小于120歐姆。

本發明的優點和效果：

一是與傳統溫度傳感器件不同的優點在于材料使用納米金屬粉末，該粉末是用氬氣包裹的金屬絲，通過電爆炸法得到的。因而，相比于市場上現有的傳統傳感器使用貴金屬做測溫材料，具有材料廉價、高靈敏度特點，可大幅降低傳感器生產成本。

二是該方法制成傳感器是圓片狀，可以耐高溫，傳輸大電流，具有較高的機械程度，不易折斷損壞等優點。另外，還可根據使用場合和環境不同做成不同的形狀和尺寸。

三是該方法制成傳感器件，具有陰抗對溫度敏感度高的特性，因而可用于制造高精度溫度儀表或溫度計及其它用于精度測溫的設備，對環境或工作溫度進行精確測量。