热--湿--气多功能敏感陶瓷元件及其制造方法技术

热－湿－气多功能敏感陶瓷材料，本发明专利技术属于多功能敏感陶瓷元件，（或传感器）．本发明专利技术系采用物理化学性能稳定，静电容量温度变化率大的Ｂａ（Ｔｉ－［１－ｘ］－ｘＳｎｘ）Ｏ－［２］复合固溶体作基料，具有三维连通孔结构的多孔陶瓷材料．利用介电常数与温度剧烈的依赖关系以及水和气体在多孔陶瓷表面吸附导致电阻的显著变化，采用电参量分离、温度分离和频率分离技术，实现对环境气氛的温度、湿度和一些可燃性还原气体的多功能检测，在热－湿－气三方面都有良好的敏感特性．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种能检测温度-湿度-气体的多功能敏感陶瓷材料，属于多功能敏感陶瓷元件(或传感器)。在工农业生产、贮存、运输以及日常办公和生活中，经常需要对周围环境(温度、湿度和各种气体)进行检测和控制，一般都是由几种不同功能的敏感元件(或传感器)完成的。实现由单个元件同时检测温度-湿度或湿度-气体，需要提供一种能对周围环境进行检测的多功能敏感材料。为了解决这个问题，日本新田恒冶等人在研制单功能敏感陶瓷基础上，利用陶瓷具有晶粒、晶界和气孔的结构特点，研制成两功能的敏感陶瓷，由BaTiO3-SrTiO3系列陶瓷检测温度-湿度，由MgCr2O4-TiO2系列陶瓷检测湿度-乙醇等可燃性还原气体。本专利技术的目的在于提供一种新型多功能敏感陶瓷材料，对温度、湿度和一些可燃性还原气体都有较高灵敏度。本专利技术系以性能稳定，电容和电阻抗温度变化率大的BaTiO3与BaSnO 组成的Ba(Til-xSnx)O3复合固溶体系列的多孔陶瓷。可利用介电常数与温度剧烈的依赖关系以及水分子在多孔陶瓷表面吸附导致的电阻显著变化，采用电参量分离技术实现对环境气氛的温度和湿度的检测;利用水分子和气体分子在多孔陶瓷表面吸附所需激活能的不同，采用温度分离技术实现对湿度和可燃性还原气体的检测。本专利技术系钙钛矿型Ba(Ti1-xSnx)O3(简称BTS)复合固溶体系列的多孔陶瓷材料，其工艺流程如图所示。现结合附图具体阐述专利技术如下本专利技术采用化学纯BaCO3、TiO2和SnO2作原料，按BaTiO3和BaSnO3分子式分别配制成BaCO3-TiO2和BaCO3-SnO2的混合料。然后又分别在球磨罐中混料24小时，烘干后通过80目筛，在1200～1300℃温度下保温2～5小时分别合成BaTiO3和BaSnO3熔块。熔块粉碎后通过120目筛，按复合固溶体Ba(Ti1-xSnx)O3的要求，取x＝0.05～0.5配制成BaTiO3-BaSnO3混合料。为了改善敏感特性，可掺入适量杂质TiO2(0.1～0.4wt%)和SnO2(1-4wt%)，然后进行二次球磨和二次烘干并通过120目筛，再将其与甲基纤维素等造孔剂(掺量为10～60Vol%)研磨混合均匀、反复通过80目筛后，在0.5～1T/cm2压力下干压成型。最后在1200～1350℃温度下保温0.1～1小时，烧结成具有三维连通性孔结构的BTS复合固溶体系列的多孔陶瓷。在BTS多功能敏感陶瓷的基体上烧制氧化钌多孔电极(或蒸镀金叉指电极)，或在多孔陶瓷内埋入白金丝作成的四端电极后，即可对温度-湿度或湿度-气体进行检测。为了降低感温的湿度效应和感湿的温度效应，采用感温检测频率为1MHz，感湿检测频率为1KHZ;检测气体工作温度为200～550℃，检测湿度工作湿度低于100℃。实施例0.78BaTiO3·0.22BaSnO3配比，掺入0.2wt%TiO2、1.8wt%SnO2与20Vol%的甲基纤维素研磨混合均匀后，在500kg/cm2压力下干压成型，在空气中1230℃温度下保温10分钟，即可制得总孔隙率为35.6%(其中开口孔隙率27.6%、闭口孔隙率8%)平均孔径分布为0.05～0.5μm的三维连通的多孔结构。Ba(Ti0.78Sn0.22)O3多孔陶瓷的晶粒平均直径为0.2～2μm，孔结构的比表面积为0.2～0.5m2/g。由于大量晶粒表面和晶粒颈部暴露在环境气氛中，使其在“热、湿、气”三方面都有良好的敏感特性。在频率为1MHz时检测温度，在频率为1KHz时检测温度，在250℃时检测丙烯等可燃性还原气体。其主要性能如下表所列。BTS多功能敏感陶瓷材料主要性能 表中ε表示介电常数，R表示电阻抗。ε-40℃表示-40℃时介电常数，ε-40℃/40℃表示-40℃和40℃时介电常数额定值之比。R1%RH表示相对湿度1%时电阻抗，R20%RH/60%RH表示相对湿度20%和60%时电阻抗额定值之比……。从上表可见BTS多功能敏感陶瓷的介电常数和电阻抗的温度系数大，感温的湿度效应和感湿的温度效应小，感气的工作温度适当、检测感度高。因此对温度、湿度和一些可燃性还原气体都有良好的敏感特性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以ＢａＴｉＯ↓〔３〕为基的复合固溶体作成的多功能敏感陶瓷材料，其特征在于ＢａＴｉＯ↓〔３〕与ＢａＳｎＯ↓〔３〕组成Ｂａ（Ｔｉ↓〔１－ｘ〕Ｓｎ↓〔ｘ〕）Ｏ↓〔３〕复合固溶体。

【技术特征摘要】
1.一种以BaTiO3为基的复合固溶体作成的多功能敏感陶瓷材料，其特征在于BaTiO3与BaSnO3组成Ba(Ti1-xSnx)O3复合固溶体。2.按权利要求1所述的多功能敏感陶瓷材料，其特征在于Ba(Ti1-xSnx)O3中x＝0.05～0.5。3.按...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志刚，赵钢，张中太，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]