專利名稱：低電流或低功耗熱催化元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種甲烷檢測(cè)傳感器-熱催化元件及其制造工藝方法。
作為甲烷自動(dòng)檢測(cè)的最重要的傳感器-熱催化元件，現(xiàn)有產(chǎn)品由鉑絲作為管芯，外覆具有一定晶形的Al2O3載體(稱為白元件)及由白元件表面浸漬催化劑所形成的具有活性的黑元件構(gòu)成。這種產(chǎn)品傳統(tǒng)的制造方法是用線徑足夠支承元件重量約鉑絲繞制成外徑一定的螺旋圈以形成管芯，在管芯外用熱分解或通電分解法形成具有一定晶形的載體后制成起補(bǔ)償作用的白元件，在白元件上浸漬催化劑后制成具有活性的黑元件，使甲烷與氧氣能在較低溫度下在其表面發(fā)生無(wú)焰燃燒，其釋放的熱量改變了鉑絲的電阻值，以獲取與甲烷濃度近似成正比的電信號(hào)。
由上述傳統(tǒng)工藝制成的熱催化元件，因鉑絲要支承元件的全部重量，為具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，使現(xiàn)有產(chǎn)品采用的鉑絲線徑均大于20μm，元件工作電流超過(guò)100mA，功耗也較大，不利于在有爆炸性氣體的環(huán)境中安全使用。由于機(jī)械振動(dòng)易使載體開(kāi)裂，直接影響元件的壽命與采用元件組裝的整機(jī)的可靠性。因受傳統(tǒng)制造工藝的限制，無(wú)法進(jìn)一步減小鉑絲的線徑及元件的表面積，使元件的工作電流與功耗也無(wú)法進(jìn)一步下降。
本發(fā)明的目的在于避免上述產(chǎn)品及其制造方法的不足之處而提供一種低電流或低功耗、抗振性強(qiáng)，抗激活能力強(qiáng)、本質(zhì)安全型的熱催化元件產(chǎn)品及其制造方法。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到。
低電流或低功耗熱催化元件產(chǎn)品的技術(shù)特征在于元件的管芯由基片、鉑膜電阻、覆蓋鉑膜電阻外側(cè)的致密隔離層及連接鉑膜電阻與管腳的引線組成;元件的載體含有氧化銥等特殊的添加劑。
低電流或低功耗熱催化元件的制造方法，是采用微電子學(xué)方法中的濺射工藝在基片上形成鈦過(guò)渡層與鉑膜電阻，在鉑膜電阻兩端引線孔蒸金，再按一定尺寸分割成所需的芯片后在鉑膜電阻兩端引線孔壓焊引線，經(jīng)500～900℃溫度熱處理后將引線與管腳相連形成管芯，隨后在管芯上制作隔離層、載體及催化劑。
本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到。
低電流或低功耗熱催化元件的基片可用表面光潔渡好且易研磨易切割的材質(zhì)，為了防止鉑膜脫離在基片與鉑膜電阻之間可采用鈦過(guò)渡層，引線可采用金絲、用銀漿將引線與管腳粘接在一起。
低電流或低功耗熱催化元件的制造方法中有關(guān)隔離層及載體的制備方法為a、將Al(NO3)3·9H2O溶于去離子水，攪拌均勻制成含35～40%的Al(NO3)3水溶液定為1號(hào)液;b、將研磨至分散度符合要求的Al2O3，粉末與重量2～3倍的1號(hào)液配成濁液，定為2號(hào)液;c、將含有0.1～1%氧化銥等添加劑的Al2O3研磨至所需分散度后與等重量的1號(hào)液攪拌均勻定為3號(hào)液;d、采用通電分解法依次使2號(hào)液與1號(hào)液在管芯鉑膜電阻外側(cè)形成致密的隔離層;e、采用通電分解法，使3號(hào)液在致密隔離層外側(cè)形成具有r晶形Al2O3的載體。
低電流或低功耗熱催化元件制造方法中有關(guān)催化劑的制備方法為a、用加熱煮沸法制得含2.0～5.0%的pdcl2水溶液定為4號(hào)液;b、將含2.0～6.0%的H3ptcl，水溶液定為5號(hào)液;c、用4號(hào)液浸漬載體2～8次，每次通電使元件發(fā)紅，產(chǎn)生熱分解;d、用5號(hào)液繼續(xù)浸漬載體1～5次，每次通電使元件發(fā)紅，產(chǎn)生熱分解;e、通電使元件暗紅后再通入濃度為10%甲烷使元件激活獲得活性;f、通電、通甲烷，交義老化后經(jīng)測(cè)試獲得合格的元件。
附圖的圖面說(shuō)明如下


圖1為一種低電流或低功耗熱催化元件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為上述一種低電流或低功耗熱催化元件產(chǎn)品的橫截面剖視圖。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種實(shí)施方案作進(jìn)一步詳述如圖1、圖2所示，低電流或低功耗熱催化元件系由基片1、鉑膜電阻2、鉑膜電阻兩端引線孔3、覆蓋鉑膜電阻2、外側(cè)的致密隔離層4、與引線孔3相連的引線5構(gòu)成管芯;管芯外覆蓋具有r晶形的Al2O3載體6形成白元件;白元件浸漬催化劑7形成具有活性的黑元件;元件通過(guò)引線5的另一端與固定在管座8上的管腳9相連而組成整個(gè)元件。
本發(fā)明低電流或低功耗熱催化元件采用的基片1是厚度在100～200μm之間的硅單晶片，對(duì)供遙測(cè)儀或斷電儀上使用的低電流元件(LX型)，基片1面積為0.2～0.3mm2，對(duì)供礦燈或便攜式儀表上使用的低功耗(JD型)基片1面積為0.08～0.1mm2。基片1上鉑膜電阻2冷態(tài)(25℃)的電阻值對(duì)LX型元件為40～70Ω，對(duì)JD型元件為6～9Ω。為防止鉑膜脫落，在基片1與鉑膜電阻2間采用鈦過(guò)渡層，鈦層與鉑層厚度之比為0.05～0.1。引線5金絲的直徑對(duì)LX型元件為45～60μm，對(duì)JD型元件為15～25μm。
制造上述低電流或低功耗熱催化元件的具體工藝方法如下1.采用微電子學(xué)方法中的濺射工藝在較大的基片1上形成鈦過(guò)渡層與鉑膜電阻2，在引線孔3蒸金，再按一定的尺寸切割成所需的芯片;然后用金絲作為引線5，將其一端壓焊在引線孔3上，經(jīng)600℃熱處理后用銀漿將引線5的另一端與管腳9相連接，即制成本發(fā)明產(chǎn)品的管芯部分。
2.在此管芯上制備隔離層和載體a、取Al(NO3)3濃度為35%的水溶液為1號(hào)液;b、取Al2O3與1號(hào)液重量比為1∶2的濁液為2號(hào)液;c、取含有0.1%氧化銥等添加劑的Al2O3與等量的1號(hào)液配成3號(hào)液;d、采用通電分解法依次使2號(hào)液與1號(hào)液在管芯鉑膜電阻外側(cè)形成致密的隔離層4，以防制備載體與催化劑時(shí)影響鉑膜電阻2;e、采用通電分解法，使3號(hào)液在致密的隔離層4外形成具有r晶形的載體。
3.將此載體浸漬催化劑并激活為具有活性的黑元件a、將含20%的pdcl2水溶液定為4號(hào)液;b、將含3%的H3ptcl3水溶液定為5號(hào)液;c、用4號(hào)液浸漬載體2～5次，每次通電使元件發(fā)紅，產(chǎn)生熱分解;d、用5號(hào)液繼續(xù)浸漬載體1～3次，每次通電使元件發(fā)紅產(chǎn)生熱分解;e、通電使元件暗紅后再通入濃度為10%甲烷使元件激活獲得活性;f、通電、通甲烷，交義老化后經(jīng)測(cè)試獲得合格的元件。
使用本發(fā)明方法制造低電流或低功耗熱催化元件完全避免了現(xiàn)有產(chǎn)品與傳統(tǒng)工藝的不足之處，經(jīng)對(duì)已制得的低電流型產(chǎn)品實(shí)測(cè)，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)。
1.元件工作電流能減小到50mA以下，故若在遙測(cè)儀或斷電儀中使用這種元件能大大簡(jiǎn)化其在爆炸性氣體環(huán)境中工作的本質(zhì)安全型電源的設(shè)計(jì)，減少傳輸過(guò)程中電能的損耗，并能大大增加遙測(cè)的距離。
2.元件處于甲烷濃度達(dá)10%的具有爆炸性危險(xiǎn)的環(huán)境中工作時(shí)，元件的溫度仍遠(yuǎn)低于400℃，不會(huì)點(diǎn)燃與引爆瓦斯，具有本質(zhì)安全型的特性。
3.大大提高元件的抗振性能，元件能承受從2m高自由跌落到堅(jiān)硬的水泥地面而不開(kāi)裂。
4.抗高濃度瓦斯激活能力強(qiáng)，抗激活指標(biāo)比煤炭工業(yè)部規(guī)定的指標(biāo)可提高二倍以上。
5.元件工作壽命長(zhǎng)，徑加速壽命試驗(yàn)，其指標(biāo)比煤炭工業(yè)部規(guī)定的指標(biāo)提高三倍以上。
本發(fā)明的元件制作不受鉑絲線徑的限制，當(dāng)將基片面積減小到0.1mm2以下時(shí)，能制成工作電流小于100mA，工作電壓小于1.2V的低功耗元件。
權(quán)利要求
1.一種供甲烷檢測(cè)用的低電流或低功耗熱催化元件，由管芯，外覆具有一定晶形的載體(白元件)及由將白元件表面浸漬催化劑所形成的具有活性的黑元件構(gòu)成，其技術(shù)特征在于所說(shuō)的管芯由基片1、鉑膜電阻2、覆蓋鉑膜電阻外側(cè)的致密隔離層4及連接鉑膜電阻2與管腳9的引線5組成；元件的載體6含有氧化銥等特殊的添加劑。
2.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的低電流或低功耗熱催化元件其特征在于基片1采用表面光潔度好且易研磨、易切割的材質(zhì)，為了防止鉑膜脫離在基片1鉑膜電阻2之間采用鈦過(guò)渡層引線5采用金絲，用銀漿將引線5與管腳9粘接在一起。
3.按照權(quán)利要求2所說(shuō)的低電流或低功耗熱催化元件，其特征在于基片1采用厚度在100～200μm間的硅單晶片，面積對(duì)于低電流元件(LX型)為0.2～0.3mm2，對(duì)于低功耗元件(JD型)為0.08～0.1mm2;基片1上鉑膜電阻2冷態(tài)(25℃)的電阻值對(duì)LX型元件為40～70Ω，對(duì)JD型元件為6～9Ω;過(guò)渡層鈦與鉑膜厚度之比為0.05～0.1之間;引線5采用的金絲直徑時(shí)LX型元件為45～60μm，對(duì)JD型元件為15～25μm。
4.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的低電流或低功耗熱催化元件的制造方法先制作管芯，再在其上制作載體，將載體上浸漬催化劑激活形成具有活性的元件，再由管腳固定在管座上，其特征在于所說(shuō)的管芯制作系采用微電子學(xué)方法中的濺射工藝上較大的基片1上形成多個(gè)鈦過(guò)渡層與鉑膜電阻2，在引線孔3蒸金，再按一定的尺寸切割成所需的芯片;后將引線5一端壓焊在引線孔3上;再經(jīng)500～900℃熱處理后，用銀漿將引線5另一端粘連在管腳9上形成管芯;在此管芯上再制作隔離層4、載體及催化劑。
5.按照權(quán)利要求4所說(shuō)的低電流或低功耗熱催化元件的制造方法中有關(guān)隔離層與載體的制備方法，其特征在于a、將Al(NO3)3·9H2O溶于去離子水，攪拌均勻制成含35～40%的Al(NO3)3水溶液定為1號(hào)液;b、將研磨至分散度符合要求的Al2O3，粉末與重量2～3倍的1號(hào)液配成濁液，定為2號(hào)液;c、將含有0.1～1%氧化銥等添加劑的Al2O3研磨至所需分散度后與等量的1號(hào)液攪拌均勻定為3號(hào)液;d、采用通電分解法依次使2號(hào)液與1號(hào)液在管芯鉑膜電阻外側(cè)形成致密的隔離層4;e、采用通電分就法，使3號(hào)液在致密隔離層4外側(cè)形成具有r晶形的載體。
6.按照權(quán)利要求4所說(shuō)的低電流或低功耗熱催化元件的制造方法中有關(guān)催化劑制備方法，其特征在于a、用加熱煮沸法制得含2.0～5.0%的pdcl2水溶液定為4號(hào)液;b、將含2.0～6.0%的H3ptcl3水溶液定為5號(hào)液;c、用4號(hào)液浸漬載體2～8次，每次通電使元件發(fā)紅，產(chǎn)生熱分解;d、用5號(hào)液繼續(xù)浸漬載體1～5次，每次通電使元件發(fā)紅，產(chǎn)生熱分解;e、通電使元件暗紅后再通入濃度為10%甲烷，交義老化后經(jīng)測(cè)試獲得合格的元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種甲烷傳感器—低電流或低功耗催化元件及其制造方法，該產(chǎn)品由基片、鉑膜電阻、隔離層、引線構(gòu)成管芯，外覆r晶形的Al
文檔編號(hào)G01N27/16GK1041454SQ8810667
公開(kāi)日1990年4月18日 申請(qǐng)日期1988年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月23日
發(fā)明者葉芄生, 董華霞, 趙潤(rùn)斌 申請(qǐng)人:淮南礦業(yè)學(xué)院, 太原電子廠