專利名稱：三氧化二鋁基氣敏材料及氣敏元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種陶瓷氣敏材料和氣敏元件陶瓷氣敏元件目前應(yīng)用最多的是SnO2系(J77-005880專利)和ZnO系(J54-032394專利)，SnO2系采用SnO2作基體材料，添加SiO2、PdCl2為催化劑，ZnO系采用ZnO作基體材料，添加ZnSO4等。使用以上基體材料及制作的這類陶瓷氣敏元件存在的缺陷是1.穩(wěn)定性差。陶瓷氣敏元件的電阻值受環(huán)境溫度與濕度的影響很大。長期使用時，元件在空氣中或可燃性氣體中的電阻值下降，從而造成低于設(shè)置濃度下的誤報。另外，元件短期內(nèi)不能穩(wěn)定，其電阻需經(jīng)一系列變化才能穩(wěn)下來，這種變化一般需要幾十分鐘甚至幾天的時間。元件穩(wěn)定性差在很大程度上造成了定量檢測的困難。
2.氣體分辨率差。這類元件對可燃性氣體呈現(xiàn)一定的氣體普適性，很難達到單一氣體選擇性。
3.壽命短。元件長期工作后，造成敏感材料晶粒長大，固相之間進行未完成的反應(yīng)，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。元件長期放置后，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(fā)明的目的就是為了克服已有技術(shù)的缺陷，提出了一種穩(wěn)定性好，具有優(yōu)良的抗溫、抗?jié)裥阅?，對氣體分辨率高，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(fā)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(fā)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％)作催化劑并經(jīng)過一定的微化及活化處理后實現(xiàn)本發(fā)明。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1.突破了已有技術(shù)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，并通過微化及活化處理增強其活性，從而開發(fā)了Al2O3材料的新功能。
2.充分發(fā)揮了Al2O3材料的特點。用Al2O3基氣敏材料及制備的元件幾乎不受環(huán)境溫度、濕度的影響，且元件電阻值也具有很好的穩(wěn)定性。在穩(wěn)定性周期測試中連續(xù)測量80天，電阻靜態(tài)阻值波動低于5％，小于已有技術(shù)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)。高于已有技術(shù)的G≥3。
4.通過對材料的微化處理，使材料在燒結(jié)過程中固相間反應(yīng)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(fā)明作詳細描述。
本發(fā)明的目的還可以通過以下措施實現(xiàn)。本發(fā)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(jù)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％)，堿金屬氧化物K2O(微量-1％)，堿土金屬氧化物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，采用涂敷—燒結(jié)工藝，可制成陶瓷氣敏材料及其旁熱式燒結(jié)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(biāo)定值檢測范圍 靈敏度 響應(yīng)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(biāo)定值檢測范圍靈敏度 響應(yīng)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(quán)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。其特征是基材為活性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(quán)利要求1的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特征是添加有助熔劑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(quán)利要求1～2的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特征是由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(quán)利要求1～2的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特征是由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(quán)利要求1～2的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特征是由Al2O3(45％-70％)，添加In2O3(25％-50％)，ZnO(1％-4％)，K2O(微量-1％)，Pt(0.2％-2％)組成。
6.如權(quán)利要求1～2的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特征是由Al2O3(45％-70％)，添加Y2O3(5％-20％)，ZrO2(0.1％-3％)，In2O3(20％-45％)，Pt(0.1％-1％)組成。
7.如權(quán)利要求1～2的陶瓷氣敏材料及氣敏元件，其特征是由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，屬于一種陶瓷氣敏材料及元件。采用活性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(yōu)先權(quán)日1996年5月22日
發(fā)明者肖定全, 余萍, 朱建國 申請人:四川聯(lián)合大學(xué)(四川大學(xué))