專利名稱:熱-濕-氣多功能敏感陶瓷材料的制作方法
本發(fā)明涉及一種能檢測溫度-濕度-氣體的多功能敏感陶瓷材料，屬于多功能敏感陶瓷元件(或傳感器)。
在工農業(yè)生產、貯存、運輸以及日常辦公和生活中，經常需要對周圍環(huán)境(溫度、濕度和各種氣體)進行檢測和控制，一般都是由幾種不同功能的敏感元件(或傳感器)完成的。實現(xiàn)由單個元件同時檢測溫度-濕度或濕度-氣體，需要提供一種能對周圍環(huán)境進行檢測的多功能敏感材料。
為了解決這個問題，日本新田恒冶等人在研制單功能敏感陶瓷基礎上，利用陶瓷具有晶粒、晶界和氣孔的結構特點，研制成兩功能的敏感陶瓷，由BaTiO3-SrTiO3系列陶瓷檢測溫度-濕度，由MgCr2O4-TiO2系列陶瓷檢測濕度-乙醇等可燃性還原氣體。
本發(fā)明的目的在于提供一種新型多功能敏感陶瓷材料，對溫度、濕度和一些可燃性還原氣體都有較高靈敏度。
本發(fā)明系以性能穩(wěn)定，電容和電阻抗溫度變化率大的BaTiO3與BaSnO
組成的Ba(Til-xSnx)O3復合固溶體系列的多孔陶瓷?？衫媒殡姵?shù)與溫度劇烈的依賴關系以及水分子在多孔陶瓷表面吸附導致的電阻顯著變化，采用電參量分離技術實現(xiàn)對環(huán)境氣氛的溫度和濕度的檢測;利用水分子和氣體分子在多孔陶瓷表面吸附所需激活能的不同，采用溫度分離技術實現(xiàn)對濕度和可燃性還原氣體的檢測。
本發(fā)明系鈣鈦礦型Ba(Ti1-xSnx)O3(簡稱BTS)復合固溶體系列的多孔陶瓷材料，其工藝流程如圖所示。現(xiàn)結合附圖具體闡述發(fā)明如下本發(fā)明采用化學純BaCO3、TiO2和SnO2作原料，按BaTiO3和BaSnO3分子式分別配制成BaCO3-TiO2和BaCO3-SnO2的混合料。然后又分別在球磨罐中混料24小時，烘干后通過80目篩，在1200～1300℃溫度下保溫2～5小時分別合成BaTiO3和BaSnO3熔塊。熔塊粉碎后通過120目篩，按復合固溶體Ba(Ti1-xSnx)O3的要求，取x＝0.05～0.5配制成BaTiO3-BaSnO3混合料。為了改善敏感特性，可摻入適量雜質TiO2(0.1～0.4wt%)和SnO2(1-4wt%)，然后進行二次球磨和二次烘干并通過120目篩，再將其與甲基纖維素等造孔劑(摻量為10～60Vol%)研磨混合均勻、反復通過80目篩后，在0.5～1T/cm2壓力下干壓成型。最后在1200～1350℃溫度下保溫0.1～1小時，燒結成具有三維連通性孔結構的BTS復合固溶體系列的多孔陶瓷。
在BTS多功能敏感陶瓷的基體上燒制氧化釕多孔電極(或蒸鍍金叉指電極)，或在多孔陶瓷內埋入白金絲作成的四端電極后，即可對溫度-濕度或濕度-氣體進行檢測。為了降低感溫的濕度效應和感濕的溫度效應，采用感溫檢測頻率為1MHz，感濕檢測頻率為1KHZ;檢測氣體工作溫度為200～550℃，檢測濕度工作濕度低于100℃。
實施例0.78BaTiO3·0.22BaSnO3配比，摻入0.2wt%TiO2、1.8wt%SnO2與20Vol%的甲基纖維素研磨混合均勻后，在500kg/cm2壓力下干壓成型，在空氣中1230℃溫度下保溫10分鐘，即可制得總孔隙率為35.6%(其中開口孔隙率27.6%、閉口孔隙率8%)平均孔徑分布為0.05～0.5μm的三維連通的多孔結構。
Ba(Ti0.78Sn0.22)O3多孔陶瓷的晶粒平均直徑為0.2～2μm，孔結構的比表面積為0.2～0.5m2/g。由于大量晶粒表面和晶粒頸部暴露在環(huán)境氣氛中，使其在“熱、濕、氣”三方面都有良好的敏感特性。在頻率為1MHz時檢測溫度，在頻率為1KHz時檢測溫度，在250℃時檢測丙烯等可燃性還原氣體。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表示介電常數(shù)，R表示電阻抗。ε-40℃表示-40℃時介電常數(shù)，ε-40℃/40℃表示-40℃和40℃時介電常數(shù)額定值之比。R1%RH表示相對濕度1%時電阻抗，R20%RH/60%RH表示相對濕度20%和60%時電阻抗額定值之比……。從上表可見BTS多功能敏感陶瓷的介電常數(shù)和電阻抗的溫度系數(shù)大，感溫的濕度效應和感濕的溫度效應小，感氣的工作溫度適當、檢測感度高。因此對溫度、濕度和一些可燃性還原氣體都有良好的敏感特性。
權利要求
1.一種以BaTiO3為基的復合固溶體作成的多功能敏感陶瓷材料，其特征在于BaTiO3與BaSnO3組成Ba(Ti1-xSnx)O3復合固溶體。
2.按權利要求
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.按權利要求
1，2所述的多功能敏感陶瓷材料其特征在于摻入雜質為TiO2(0.1～0.4wt%)，SnO2(1～4wt%)。
4.按權利要求
3所述的多功能敏感陶瓷材料，其特征在于感溫檢測頻率為1MHz，感濕檢測頻率為1KHz，氣體檢測工作溫度為200～550℃。
專利摘要
熱-濕-氣多功能敏感陶瓷材料，本發(fā)明屬于 多功能敏感陶瓷元件，(或傳感器)。本發(fā)明系采用物 理化學性能穩(wěn)定，靜電容量溫度變化率大 的Ba(Ti
文檔編號G01D21/00GK85100146SQ85100146
公開日1986年7月23日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者周志剛, 趙鋼, 張中太 申請人:清華大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan