專利名稱：一種新型氣相色譜檢測(cè)器的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體敏感元件的制備工藝，具體為一種新型氣相色譜檢測(cè)器的制備工藝。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著石油化工、電力系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)及保護(hù)等行業(yè)的發(fā)展，其對(duì)常見(jiàn)的可燃性氣體，如氫氣(H2)，一氧化碳(CO)，甲醛(HCHO)，甲烷(CH4)，乙烯(C2H4)，乙烷(C2H6)，乙炔(C2H2)，丙烷(C3H8)等氣體監(jiān)測(cè)的需求越來(lái)越大。由于常見(jiàn)的單組分可燃?xì)鈾z測(cè)器存在靈敏度低、交叉敏感等缺陷，對(duì)于需要監(jiān)測(cè)多組分混合可燃?xì)獾膱?chǎng)合，目前業(yè)界普遍采用的是先分離后檢測(cè)的氣相色譜法進(jìn)行檢測(cè)。在氣相色譜技術(shù)中，檢測(cè)器技術(shù)是其核心與關(guān)鍵技術(shù)，檢測(cè)器技術(shù)水平的高低直接決定了氣相色譜分析水平的高低。目前，對(duì)于上述常見(jiàn)可燃?xì)怏w的分析，以熱導(dǎo)檢測(cè)器(Thermal Conduct Detector，TCD)和氫離子火焰檢測(cè)器(Flame Ionization Detector,FID)的應(yīng)用最為廣泛。TCD屬于廣譜型氣相色譜檢測(cè)器。由于TCD 是利用被分析氣體與載氣的熱導(dǎo)系數(shù)的差異來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，所以理論上，對(duì)于上述所有氣體， TCD均有響應(yīng)，但由于不同氣體的熱導(dǎo)系數(shù)差別較小，故其靈敏度受到了限制，只適合進(jìn)行百分比級(jí)的常量分析。如以常見(jiàn)氣體N2做載氣時(shí)，故除了與N2熱導(dǎo)系數(shù)相差較大的H2夕卜， TCD對(duì)其他氣體的靈敏度均較低，所以分析其他碳?xì)浠衔飼r(shí)，一般配套選擇FID來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。FID是1958年Mewillan和Harley等人研制成功，它是以氫氣和空氣燃燒生成的火焰為能源，當(dāng)有機(jī)化合物進(jìn)入以氫氣和氧氣燃燒的火焰時(shí)，在高溫下產(chǎn)生化學(xué)電離，電離產(chǎn)生的離子在高壓電場(chǎng)的定向作用下形成離子流，離子流信號(hào)與進(jìn)入火焰的有機(jī)化合物量成正比，因此可以根據(jù)離子流的大小對(duì)有機(jī)物進(jìn)行定量分析，其對(duì)常見(jiàn)的烴類，如CH4, C2H4，C2H6， C2H2，C3H8等，靈敏度較高。對(duì)于CO氣體，F(xiàn)ID不能直接檢測(cè)，需要附加轉(zhuǎn)化裝置，將其轉(zhuǎn)化為烴類后進(jìn)行檢測(cè)。FID的缺點(diǎn)是需要氮?dú)?，氫氣，空氣三種氣源及其流速控制系統(tǒng)，不適合進(jìn)行在線應(yīng)用，也不合適應(yīng)用于對(duì)防爆有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。隨著上述監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室氣相色譜儀正向著便攜式、在線式和高靈敏的方向發(fā)展。由于上述傳統(tǒng)氣相色譜檢測(cè)器在性能、精度、在線化等方面存在的不足， 研究和開(kāi)發(fā)新型的精度高、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、適合在線應(yīng)用的可燃?xì)鈿庀嗌V檢測(cè)器變得越來(lái)越重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種新型氣相色譜檢測(cè)器的制備工藝，以解決上述背景技術(shù)中的缺點(diǎn)。本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明采用注漿成型制備檢測(cè)器本體，通過(guò)球磨、加分散劑、脫泡等工藝減小粉末粒度、增加成品致密度。本發(fā)明工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，生坯的成品率高，適合進(jìn)行中小批量生產(chǎn)。本發(fā)明以(3 5) % moISc2O3和8% mol Y2O3穩(wěn)定的^O2 (Sc摻雜8YSZ)粉末作為原料，平均粒度d(0.5)為0.7ym;同時(shí)加入阿拉伯樹(shù)膠作為分散劑與粘接劑。經(jīng)過(guò)本發(fā)明的工藝過(guò)程，制成用于檢測(cè)可燃?xì)怏w含量的檢測(cè)器本體，檢測(cè)器本體呈圓筒形，筒的底面開(kāi)口，頂端呈圓滑的封閉球冠形。
本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種新型可燃?xì)鈿庀嗌V儀檢測(cè)器的制備工藝，包括以下步驟
第一步石膏模的制備將β -半水石膏粉按膏水比(1. 1 1. 3) 1與水混合， 攪拌均勻得到石膏漿料；將石膏漿料脫泡處理后迅速倒入石膏母模具中固化；脫模烘干后得到用于注漿成型的石膏模具；
第二步檢測(cè)器基體的制備⑴將Sc摻雜8YSZ粉末與阿拉伯樹(shù)膠混合，以阿拉伯樹(shù)膠作分散劑與粘接劑，以蒸餾水為溶劑，放入球磨機(jī)中用鋯球球磨(30 60)分鐘， 過(guò)篩后進(jìn)行抽真空脫泡處理得漿料，漿料中固相含量占(10 20) vol %，水占(90 80) V01%，阿拉伯樹(shù)膠占固相質(zhì)量的(3.0 5.0)wt% ； (2)將制備好的漿料注入石膏?？涨恢校o置(5 10)分鐘后倒出剩余漿料，讓干涸層在石膏模中繼續(xù)干燥至與模體分開(kāi)；將坯體取出后在(1200 1300) ！溫度下預(yù)燒結(jié)，冷卻后修坯，然后在(1500 1700) °C溫度下燒結(jié)制成檢測(cè)器基體；
第三步信號(hào)電極的制備用(5 10) % HF溶液浸泡檢測(cè)器基體(1 3)h，用水清洗干凈后將檢測(cè)器基體干燥微熱。將鉬電極漿料調(diào)節(jié)至適當(dāng)?shù)酿ざ?，再用干凈、干燥的小毛筆將調(diào)好的漿料在檢測(cè)器基體的電極部位涂上均勻的薄層，放置10分鐘后用紅外燈烘干，如此涂覆2 3次后，于(900 1250) ！溫度下燒結(jié)制得成品。
本發(fā)明中，所述的脫泡處理包括加入0. 05 0. Iwt%的無(wú)水酒精消泡劑后，在真空度-(0. 04 0. 06)MPa條件下進(jìn)行脫泡處理；所述的烘干是在室溫放置12 24h后在 50 60°C溫度下烘干。
本發(fā)明中，所述&摻雜8YSZ粉末為(3 5) % moBc203和8% Hion2O3穩(wěn)定的粉末，&摻雜8YSZ粉末的粒徑d(0. 5)為0.7μπι;所述的阿拉伯樹(shù)膠添加量占干料重的(3. 0 5. 0) % ；所述的過(guò)篩是過(guò)400目篩；所述的抽真空脫泡處理包括加入0. 05 0. 的正丁醇消泡劑后，在真空度-0. IOMPa條件下進(jìn)行脫泡處理。
本發(fā)明中，所述步驟( 是使用注射器將(1)中制備好的漿料注入石膏?？涨恢?。
本發(fā)明中，所述鉬電極漿料有效成份含量> 99. 9 %，漿料粒徑< 1 μ m,分散均勻。 所述調(diào)節(jié)黏度是滴加的試劑級(jí)松油醇。
本發(fā)明中，所述的石膏母模具為圓柱形，底部中央有可拆卸的打孔橡膠塞，橡膠塞密封固定住經(jīng)鍍鉻處理的金屬模芯。
有益效果
本發(fā)明具有優(yōu)異的靈敏度，在石油化工、電力系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)及保護(hù)等行業(yè)具有廣闊的市場(chǎng)前景。同時(shí)，本發(fā)明工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，成品率高，適合進(jìn)行批量生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明的制石膏模的母模具結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見(jiàn)圖1、圖2，模板1是兩端開(kāi)口的圓柱筒形狀，橡膠塞5用于打孔，模芯2是長(zhǎng)圓柱體，頂端呈球冠形，底板3中間開(kāi)有圓洞。模板1與底板3通過(guò)螺釘4旋緊。模芯是經(jīng)鍍鉻處理的，表面光滑而防腐。使用時(shí)，由于橡膠塞的存在，可將模芯上下移動(dòng)或者更換直徑不同的模芯，便能方便的調(diào)整石膏模具空腔的長(zhǎng)度和內(nèi)徑大小，從而獲得不同規(guī)格的檢測(cè)器。本發(fā)明中，所述調(diào)漿料的&摻雜8YSZ粉末的粒徑d(0. 5)為0. 7 μ m。所述的阿拉伯樹(shù)膠添加量占干料重的(3.0 5.0)%。球磨后過(guò)400目篩以利于燒結(jié)后增強(qiáng)傳感器管的致密度。所述的抽真空脫泡處包括加入0. 05 0. Iwt %的正丁醇消泡劑后，在真空度-0. IOMPa條件下進(jìn)行脫泡處理，脫泡是為了消除球磨攪拌過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡，使傳感器
管更致密。加入阿拉伯樹(shù)膠作為分散劑與粘接劑是為了改善漿料的流動(dòng)性和塑性，達(dá)到成型的目的。當(dāng)分散劑含量少時(shí)漿料會(huì)沉積，隨著分散劑增加，漿料懸浮性、穩(wěn)定性明顯增加，但分散劑加入過(guò)量時(shí)，漿料會(huì)產(chǎn)生絮凝，反而使?jié){料穩(wěn)定性下降。實(shí)驗(yàn)表明阿拉伯樹(shù)膠添加量在3. 0 5. 0%效果最好，具體用量還與球磨程度相關(guān)。球磨時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)漿料穩(wěn)定性也有很大影響，時(shí)間短則漿料不能很好的分散，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)使?jié){料團(tuán)聚。實(shí)驗(yàn)表明球磨時(shí)間以 30 60分鐘為最佳，具體時(shí)間則與配方相關(guān)。用(5 10) % HF溶液浸泡檢測(cè)器基體(1 3)h是為了一、除去檢測(cè)器外表面上少量的石膏；二、輕微腐蝕檢測(cè)器的光滑內(nèi)壁，使鉬電極能更好的附著在檢測(cè)器內(nèi)表面。涂鉬漿料時(shí)僅涂一次則電極厚度不夠，實(shí)驗(yàn)表明涂覆2 3次最好。實(shí)施例1調(diào)漿料的原料使用3%molSc203和8%mol ^O3穩(wěn)定的&02粉末，平均粒度d(0. 5) 為0. 7μ m，同時(shí)加入阿拉伯樹(shù)膠作為分散劑與粘接劑，蒸餾水作為溶劑。漿料固相體積分?jǐn)?shù)為ISvol%，阿拉伯樹(shù)膠添加量占干料重的3. 0%時(shí)，在球磨機(jī)中球磨30分鐘。將經(jīng)過(guò)篩和真空脫泡處理的漿料倒入石膏模具中，靜置5. 5分鐘后倒出剩余漿料。再脫模將坯體取出后在1200°C溫度下預(yù)燒結(jié)，冷卻后修坯，然后在1600°C溫度下二次燒結(jié)制成長(zhǎng)管式檢測(cè)器基體。將檢測(cè)器基體放入HF溶液溶液中浸泡后，再將其清洗干凈并干燥，用干凈、干燥的小毛筆將調(diào)好的鉬電極漿料在傳感器基體的電極部位涂上均勻的薄層，放置10分鐘后用紅外燈烘干，涂覆3次后在950°C溫度下燒結(jié)制得成品。經(jīng)測(cè)定，該管壁厚0. 8mm，密度為 5.697Xl(fKg/m3。經(jīng)掃描電鏡觀察其表面金屬顆粒較小，分布著大量微孔。實(shí)施例2調(diào)漿料的原料及步驟同實(shí)施例1。阿拉伯樹(shù)膠添加量占干料重的4%時(shí)，在球磨機(jī)中球磨50分鐘。注漿時(shí)間同實(shí)施例1，預(yù)燒和燒結(jié)溫度同實(shí)施例1。鉬電極在1200°C溫度下燒結(jié)。經(jīng)測(cè)定密度為5. 716Xl(fKg/m3，經(jīng)掃描電鏡觀察其表面金屬顆粒增大致密化，微孔尺寸增大數(shù)量減少。說(shuō)明球磨時(shí)間增長(zhǎng)能使原料顆粒粒徑更小。說(shuō)明電極燒結(jié)溫度的升高，電極金屬晶粒逐步長(zhǎng)大，促使電極表面孔洞直徑變大。實(shí)驗(yàn)表明電極燒結(jié)溫度在(900 1250) °C效果最好。
實(shí)施例3
調(diào)漿料的原料及步驟同實(shí)施例1。阿拉伯樹(shù)膠添加量、球磨時(shí)間與注漿時(shí)間同實(shí)施例1。預(yù)燒溫度同實(shí)施例1，但燒結(jié)溫度為1400°c時(shí)，檢測(cè)器基體的密度為5. 133 X 103Kg/m3。 說(shuō)明燒結(jié)溫度越高，檢測(cè)器基體的密度越大，致密性越好，但至1700°C時(shí)已完全能滿足本發(fā)明中所述的幾種應(yīng)用要求，繼續(xù)升高溫度則會(huì)出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象，且高溫對(duì)設(shè)備的要求很高，成本也大為增加。
本發(fā)明的石膏母模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整石膏模具空腔的長(zhǎng)度和內(nèi)徑大小，以便根據(jù)實(shí)際需求生產(chǎn)不同尺寸的檢測(cè)器基體。
本發(fā)明的制備新型可燃?xì)鈿庀嗌V儀檢測(cè)器的工藝流程簡(jiǎn)單、易操作，整個(gè)工藝過(guò)程重復(fù)性好，可控性高，制石膏模具、制檢測(cè)器基體和燒結(jié)電極所需設(shè)備簡(jiǎn)單，且成品率高，適于中小批量生產(chǎn)。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種新型可燃?xì)鈿庀嗌V儀檢測(cè)器的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟第一步石膏模的制備將β -半水石膏粉按膏水比(1. 1 1. 3) 1與水混合，攪拌均勻得到石膏漿料；將石膏漿料脫泡處理后迅速倒入石膏母模具中固化；脫模烘干后得到用于注漿成型的石膏模具；第二步檢測(cè)器基體的制備(1)將&摻雜8YSZ粉末與阿拉伯樹(shù)膠混合，以阿拉伯樹(shù)膠作分散劑與粘接劑，以蒸餾水為溶劑，放入球磨機(jī)中用鋯球球磨(30 60)分鐘，過(guò)篩后進(jìn)行抽真空脫泡處理得漿料，漿料中固相含量占(10 20) vol %，水占(90 80) vol %， 阿拉伯樹(shù)膠占固相質(zhì)量的(3.0 5.0)wt% ； (2)將制備好的漿料注入石膏?？涨恢?，靜置 (5 10)分鐘后倒出剩余漿料，讓干涸層在石膏模中繼續(xù)干燥至與模體分開(kāi)；將坯體取出后在(1200 1300) ！溫度下預(yù)燒結(jié)，冷卻后修坯，然后在(1500 1700) °C溫度下燒結(jié)制成檢測(cè)器基體；第三步信號(hào)電極的制備用(5 10) % HF溶液浸泡檢測(cè)器基體(1 3) h，用水清洗干凈后將檢測(cè)器基體干燥微熱；將鉬電極漿料調(diào)節(jié)至適當(dāng)?shù)酿ざ龋儆酶蓛?、干燥的小毛筆將調(diào)好的漿料在檢測(cè)器基體的電極部位涂上均勻的薄層，放置10分鐘后用紅外燈烘干；如此涂覆2 3次后，于(900 1250) ！溫度下燒結(jié)制得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型可燃?xì)鈿庀嗌V儀檢測(cè)器的制備工藝，其特征在于，所述的脫泡處理包括加入0. 05 0. Iwt %的無(wú)水酒精消泡劑后，在真空度-(0. 04 0. 06)MPa條件下進(jìn)行脫泡處理；所述的烘干是在室溫放置12 24h后在50 60°C溫度下jys T O
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型可燃?xì)鈿庀嗌V儀檢測(cè)器的制備工藝，其特征在于，所述Sc摻雜8YSZ粉末為(3 5) % moISc2O3和8% mol Y2O3穩(wěn)定的ZrO2粉末，Sc摻雜 8YSZ粉末的粒徑d(0.幻為0. 7 μ m ；所述的阿拉伯樹(shù)膠添加量占干料重的(3. 0 5. 0) % ； 所述的過(guò)篩是過(guò)400目篩；所述的抽真空脫泡處理包括加入0. 05 0. Iwt %的正丁醇消泡劑后，在真空度-0. IOMPa條件下進(jìn)行脫泡處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型可燃?xì)鈿庀嗌V儀檢測(cè)器的制備工藝，其特征在于，所述步驟( 是使用注射器將(1)中制備好的漿料注入石膏?？涨恢小?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型可燃?xì)鈿庀嗌V儀檢測(cè)器的制備工藝，其特征在于，所述的鉬電極漿料有效成份含量> 99. 9%，漿料粒徑< 1 μ m，分散均勻；所述調(diào)節(jié)黏度是滴加的試劑級(jí)松油醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型可燃?xì)鈿庀嗌V儀檢測(cè)器的制備工藝，其特征在于，所述的石膏母模具為圓柱形，底部中央有可拆卸的打孔橡膠塞，橡膠塞密封固定住經(jīng)鍍鉻處理的金屬模芯。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型可燃?xì)鈿庀嗌V儀檢測(cè)器的制備工藝。工藝過(guò)程包括石膏模具的制備、檢測(cè)器基體的制備以及信號(hào)電極的制備。用特制的石膏母模具制備出用于成型的石膏模。在3％molSc2O3和8％mol Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(Sc摻雜8YSZ)原料粉末中加入阿拉伯樹(shù)膠，并加水、球磨制得漿料。真空脫泡處理后注入自制石膏模中，靜置(5～10)分鐘后倒出剩余漿料，在石膏?？涨粌?nèi)形成檢測(cè)器坯體。脫模、預(yù)燒結(jié)、再燒結(jié)后制得檢測(cè)器基體。在燒成的基體上涂敷鉑電極漿料，并將電極在(900～1250)℃高溫下燒結(jié)制得成品。經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明方法制得的新型氣相色譜檢測(cè)器致密度高、抗裂韌性好，使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G01N30/62GK102495160SQ201110361219
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者胡建良, 陳君 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙駿姆測(cè)控設(shè)備有限公司