專利名稱:心電圖描記儀的非晶合金電極的制作方法
本發(fā)明涉及用于人體以獲得心電圖的心電圖描記儀的非晶合金電極，特別涉及具有極好耐腐蝕性能，制作成本低廉的一類心電圖描記儀的非晶合金電極。
眾所周知，在先有技術(shù)中，由于心臟，肌肉等的作用，在人體中會(huì)感應(yīng)出生物電。
特別是，通過(guò)將在人的皮膚表面所感應(yīng)的微弱電流，引入外部心電圖描記儀，心臟的生物電流便可用于對(duì)心臟的診斷。在心電圖描記儀中，電極是極其重要的元件，它與皮膚表面保持接觸，以實(shí)現(xiàn)人體至心電圖描記儀的輸入部分的電耦合。
電極是高精度地測(cè)量生物電位和獲得高波形分辨率的重要元件。
如此重要的電極，必須滿足電學(xué)上的三點(diǎn)要求，即低電阻，極好的耐腐蝕性能和化學(xué)穩(wěn)定性。
更詳細(xì)地說(shuō)，電極應(yīng)當(dāng)具有低的電阻，就是說(shuō)，它應(yīng)當(dāng)是電的良導(dǎo)體，以便能夠?qū)⑷梭w內(nèi)即便是十分微弱的電流傳到其外部。
此外，由于電極是用在一般的醫(yī)療場(chǎng)所，它經(jīng)常與各種化學(xué)藥品接觸，且很容易被這些化學(xué)藥品所粘附。因此，電極應(yīng)當(dāng)具有極好的耐腐蝕性能。
更進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，當(dāng)電極與人體接觸時(shí)，它容易發(fā)生化學(xué)變化。這種化學(xué)變化將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)或所謂的極化電壓。該極化電壓將疊加在心電圖描記儀的輸入信號(hào)(即心電圖描記儀信號(hào))上，并對(duì)心電圖描記儀的輸入放大器產(chǎn)生有害的影響。從心電圖精度的角度來(lái)看，極化電壓越高，害處越大。因此，要求電極具有化學(xué)穩(wěn)定性。
具有上述電性能的材料為銀和氯化銀的合金，因此，這些合金被廣泛地用作心電圖描記儀的電極。
含有銀的合金，最適合用作心電圖描記儀的電極，因?yàn)樗鼈兙哂泻芨叩膶?dǎo)電率，極好的耐腐蝕性能，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。但是，銀很昂貴，且產(chǎn)量很少，因此，不容易得到。由于這一原因，希望有一種價(jià)格便宜，耐腐蝕性能極好，且又容易得到的心電圖描記儀的電極材料。
本發(fā)明就是打算解決以上的問(wèn)題，其目的就是提供一種心電圖描記儀的非晶合金電極，該電極具有極好的耐腐蝕性能，且制作成本低廉。
根據(jù)本發(fā)明提供的心電圖描記儀的非晶合金電極，是由鐵-鉻體系的非晶合金構(gòu)成，這種合金含有金屬元素鐵和鉻，同時(shí)還含有一種非金屬元素，其中鉻的原子百分?jǐn)?shù)含量為1%至35%，半金屬元素為磷，碳，硅和硼一組元素中的至少一種元素，其原子百分?jǐn)?shù)含量為10%至25%。
圖1是實(shí)施本發(fā)明的心電圖描記儀的非晶合金電極的平面圖;
圖2和圖3分別是依據(jù)本發(fā)明的電極的透視圖和說(shuō)明此電極使用方法的形象透視圖。
在先有技術(shù)中，廣泛采用的耐腐蝕合金是不銹鋼合金，例如，13-%鉻鋼，18-8不銹鋼(304鋼)和17-14-25鉬不銹鋼，以及鎳合金。這些合金具有一定程度的耐腐蝕性能。但是，在強(qiáng)腐蝕條件下，例如，在1個(gè)當(dāng)量濃度的鹽酸水溶液中，它們的鈍化態(tài)膜就會(huì)被破壞，從而被腐蝕。
因此，本專利的發(fā)明者們，對(duì)非晶合金進(jìn)行了研究和探索，發(fā)現(xiàn)了具有極好的耐腐蝕性能的含鉻鐵基非晶合金和鐵基非晶合金，這種鐵基非晶合金，是通過(guò)在上述的含鉻鐵基非晶合金中加入鉬作為輔助成份而得到的。
在鐵基非晶合金中加入上述金屬元素的原因，以及它們的量值范圍，將在下面介紹。
在現(xiàn)有技術(shù)中，眾所周知，非晶合金通常要比具有相同成分的結(jié)晶態(tài)合金，更有可能被腐蝕，其原因是非晶合金的化學(xué)活動(dòng)性較強(qiáng)。但是，含鉻鐵基非晶合金比起具有相同成分的結(jié)晶態(tài)合金和先有技術(shù)中的耐腐蝕合金，則具有更強(qiáng)的耐腐蝕性能。而且，含鉻鐵基非晶合金的耐腐蝕性能，通過(guò)加入鉬，進(jìn)一步得到改善。
本專利的發(fā)明者們，研究了含鉻鐵基合金具有強(qiáng)耐腐蝕性能的原因，他們發(fā)現(xiàn)，這種強(qiáng)耐腐蝕性能，應(yīng)歸因于此種非晶合金本身的化學(xué)均勻性和較強(qiáng)的化學(xué)活動(dòng)性，化學(xué)均勻性有利于均勻鈍化態(tài)膜的形成，而強(qiáng)的化學(xué)活動(dòng)性，則有利于迅速形成堅(jiān)實(shí)而致密的鈍化態(tài)膜。鈍化態(tài)膜主要由氫氧化鉻組成，鈍化態(tài)膜中氫氧化鉻的濃度，對(duì)于形成鈍化態(tài)膜的高度保護(hù)特性是十分重要的。鉬的存在，對(duì)于鈍化態(tài)膜中氫氧化鉻的濃度，有著很大的影響。因此，加入鉻對(duì)于增強(qiáng)耐腐蝕性能是必不可少的，而加入鉬，又促進(jìn)了鈍化態(tài)膜的形成。
下面將介紹為獲得足夠的鈍化態(tài)所需的合金的成分。
在含鉻鐵基非晶合金中，為了得到足夠的鈍化態(tài)，以保證在1克分子鹽溶液的腐蝕條件下，合金具有耐腐蝕性能，鉻的原子百分?jǐn)?shù)含量必須等于或大于1%。當(dāng)鉻的含量增加時(shí)，在按比例增強(qiáng)的腐蝕條件下，合金仍然具有耐腐蝕性能。但是，當(dāng)鉻的原子百分?jǐn)?shù)含量超過(guò)35%時(shí)，非晶態(tài)形成能力就會(huì)變壞。因此，為保證心電圖描記儀電極所必須的耐腐蝕性能，同時(shí)又使得非晶合金易于制作，鉻的原子百分?jǐn)?shù)含量的范圍被定為1%至35%。
將鉬作為金屬元素加入到含鉻鐵基非晶合金中，能夠促進(jìn)鈍化態(tài)膜的生長(zhǎng)，因而能夠得到更強(qiáng)的耐腐蝕性能。例如，在含有鉻和鉬，同時(shí)還含有原子百分?jǐn)?shù)含量為13%的磷和原子百分?jǐn)?shù)含量為7%的碳作為半金屬元素的鐵基非晶合金中，如果鉬的原子百分?jǐn)?shù)含量為5%，而鉻的原子百分?jǐn)?shù)含量等于或大于10%，或者是鉬的原子百分?jǐn)?shù)含量為10%，而鉻的原子百分?jǐn)?shù)含量等于或大于5%，那末，在室溫條件下，在6個(gè)當(dāng)量濃度的鹽酸水溶液中，仍然可得到足夠的鈍化態(tài)。這就是說(shuō)，即使是在像6個(gè)當(dāng)量濃度的鹽酸水溶液這樣十分強(qiáng)烈的腐蝕條件下，如果鉻的原子百分?jǐn)?shù)含量等于或大于5%，同時(shí)鉻和鉬的原子百分?jǐn)?shù)含量總和等于或大于15%，那末合金仍然具有耐腐蝕性能。為了形成滿意的鈍化態(tài)，當(dāng)鉻的含量增加時(shí)，所必須的鉬的含量就要減少。而且，盡管大量加入鉬會(huì)增加腐蝕作用的化學(xué)勢(shì)，但是，一旦鉬的含量超過(guò)一預(yù)定的量以后，腐蝕速度就固定不變了。因此，鉬的原子百分?jǐn)?shù)含量超過(guò)20%是不希望的，因?yàn)殂f是價(jià)格昂貴的元素。當(dāng)鉬的原子百分?jǐn)?shù)含量超過(guò)20%，或者當(dāng)鉻和鉬的原子百分?jǐn)?shù)含量總和超過(guò)35%時(shí)，非晶態(tài)形成能力就會(huì)變壞。
下面，將對(duì)選擇的半金屬元素以及它們的含量進(jìn)行介紹。
為了制作非晶合金，必須加進(jìn)半金屬元素。磷，碳，硼，硅和鍺，都被用作半金屬元素，這些半金屬元素，能使所得到的非晶合金具有不同的特性。在這些元素中，鍺所提供的耐腐蝕性較差，且會(huì)使材料的成本增高。由于這一原因，磷，碳，硅和硼一組元素中，至少一種元素將被采用，其原子百分?jǐn)?shù)含量為10%至25%。
加入上面所述的半金屬元素的含鉻鐵基非晶合金，具有下述的一些特性。就耐腐蝕性能而言，含磷的合金，最為滿意。但是，如果只采用磷一種元素，其非晶態(tài)形成能力稍差。
當(dāng)只采用碳一種元素時(shí)，與只采用磷的情況一樣，非晶態(tài)形成能力稍差，不過(guò)耐腐蝕性能還是令人滿意的。然而，如果采用兩種或更多種不同的半金屬元素的組合，那末，這些合金的非晶態(tài)形成能力，會(huì)很容易地得到改善。例如，當(dāng)采用磷和碳的組合時(shí)，既能獲得滿意的耐腐蝕性能，又具有滿意的非晶態(tài)形成能力。含有硼或硅的合金，其耐腐蝕性能劣于那些含磷、碳的合金。但是，這些合金，作為心電圖描記儀的電極使用。不會(huì)引起特殊問(wèn)題。含有硼作為半金屬元素的合金，其非晶態(tài)形成能力最佳。從價(jià)格和易得性的觀點(diǎn)來(lái)看，碳，磷，其次硅，比較便宜和容易得到，而硼最貴。在實(shí)際制作中，比較合理的做法是，統(tǒng)一權(quán)衡上述各種特性，以便選擇出最好的體系，合適的體系有磷-碳體系，磷-硅體系，磷-硼體系和碳-硼體系。
現(xiàn)在介紹這些半金屬元素的含量。當(dāng)這些半金屬元素的原子百分?jǐn)?shù)含量低于10%時(shí)，非晶合金的形成較為困難。增加半金屬元素的含量，有助于改善耐腐蝕性能。因此，為得到同樣的耐腐蝕性能，增加半金屬元素的含量，就能夠節(jié)省金屬元素鉻和鉬。這對(duì)于實(shí)際的合金來(lái)說(shuō)，具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義，因?yàn)殂t和鉬都是比較昂貴的金屬元素。當(dāng)半金屬元素的原子百分?jǐn)?shù)含量的總和超過(guò)25%時(shí)，合金的非晶態(tài)形成能力會(huì)變壞。因此，半金屬元素的原子百分?jǐn)?shù)含量應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虻陀?5%。
本發(fā)明所介紹的鐵鉻體系非晶合金，可以采用普通液態(tài)金屬超快速冷卻工藝制得?？紤]到合金組成的成份，可利用生鐵或純鐵作為鐵的來(lái)源。對(duì)于金屬元素鉻或鉬，可采用商業(yè)通用的純金屬，或者采用鐵鉻合金或鉬鐵合金。對(duì)于半金屬元素，可采用商業(yè)通用的純料，也可采用鐵硼合金，磷鐵合金，硅鐵合金或碳化鐵(Cementite)。當(dāng)混合物制備好以后，加熱將其熔化，再將熔體經(jīng)過(guò)一噴咀，噴射到一個(gè)冷卻體的可動(dòng)冷卻表面上，使其迅速冷卻并凝固，從而得到本發(fā)明所述的合金。另一種方法是，將熔化物質(zhì)噴入像水那樣的冷卻介質(zhì)中，使其迅速冷卻并凝固。
事實(shí)上，鐵合金可以用作為合金元素的原材料來(lái)制作本發(fā)明所述的合金，這從經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)率的觀點(diǎn)來(lái)看，非常有利。更具體來(lái)說(shuō)，鐵鉻合金或鉬鐵合金，是迄今為止作為鉻或鉬原料的最便宜的材料。而且，鐵鉻合金熔點(diǎn)低，鉬鐵合金的熔點(diǎn)，比起純鉬來(lái)，要低得多，因此特別適合大量生產(chǎn)均勻熔融合金。此外，這些鐵合金中的雜質(zhì)，主要是磷，碳和硅，這些都是制作本發(fā)明所述的合金中必須的元素。還有，本發(fā)明所述的非晶合金，可以制作成薄帶或薄片。
了用上述方法獲得的合金制作而成的電極的使用方法。圖1是心電圖描記儀電極1的平面圖，該電極由非晶合金薄帶或薄片制成。如圖2所示，這種非晶合金被用作夾子電極2中的電極部件3，非晶合金電極部件3連結(jié)至夾子電極2上。
如圖3所示，這種夾子電極2，加至病人的兩只手臂和兩條腿上，因而，在病人皮膚表面所感應(yīng)的弱電流，就通過(guò)導(dǎo)線流入心電圖描記儀5，從而獲得心電圖。
如前面所述，根據(jù)本發(fā)明所制作的心電圖描記儀的非晶合金電極，其非晶合金的基本成分是鐵，因此，制作成本很低。另外，這種非晶合金電極具有極好的耐腐蝕性能和很長(zhǎng)的使用壽命。而且，這種非晶合金電極化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。還有，由于這種電極為薄帶或薄片形，因此，很容易彎曲，以適合皮膚表面的不規(guī)則形狀，這作為心電圖描記儀的電極，是十分理想的。
權(quán)利要求
1.心電圖描記儀的非晶合金電極，其特征在于，該電極由鐵基(或鎳基)非晶合金制成，此合金含有金屬元素鉻，還含有磷，碳，硅和硼一組半金屬元素中的至少一種元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的心電圖描記儀的非晶合金電極，其特征在于，上述的非晶合金，是一種鐵-鉻體系的非晶合金，該合金含有金屬元素鐵和鉻，鉻的原子百分?jǐn)?shù)含量為1%至35%，該合金還含有磷，碳，硅和硼一組半金屬元素中的至少一種元素，各構(gòu)成的半金屬元素的原子百分?jǐn)?shù)含量總和，在10%至25%的范圍之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的心電圖描記儀的非晶合金電極，其特征在于，上述的非晶合金，是一種鐵-鉻-鉬體系的非晶合金，該合金含有原子百分?jǐn)?shù)含量等于或低于20%的金屬元素鉬，鉻和鉬的原子百分?jǐn)?shù)含量總和，在1%至35%的范圍之間。
專利摘要
心電圖描記儀的非晶合金電極，由鐵基(或鎳基)非晶合金制作而成，該合金含有金屬元素鉻，還含有磷，碳，硅和硼一組半金屬元素中的至少一種元素。
文檔編號(hào)C22C45/00GK86100125SQ86100125
公開(kāi)日1986年12月17日 申請(qǐng)日期1986年1月9日
發(fā)明者長(zhǎng)田宗一, 井上普騰, 清水忠治, 小野寺康晃, 小林賢一, 小島和夫, 塩田重義 申請(qǐng)人:福田電子株式會(huì)社, 日本重化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan