[发明专利]一种陶瓷湿敏元件的制作方法

说明书

本发明涉及一种湿度传感器上用的陶瓷湿敏元件的制作方法。

近年来，人们利用金属氧化物陶瓷的电阻对气氛中水蒸汽含量敏感的原理研制成了各种陶瓷湿度传感器，其核心部件为陶瓷湿敏元件。目前有多种陶瓷体系可用于这一目的，如MgCr₂O₄-SnO₂烧结体、α-Al₂O₃薄膜、TiO₂-V₂O₅系、锌铬钒锂系（ZnCr₂O₄-LiZnVO₄）陶瓷等。陶瓷湿敏元件具有灵敏度高、耐高温、抗腐蚀等优点，但也存在一些缺点，如：陶瓷湿敏元件在存放或应用过程中，其阻抗会随时间改变，有时改变10到100倍，甚至丧失湿敏特性，这样制成的湿度传感器往往存在两个问题：（一）是其阻值过大，使电子仪器的配接不便;（二）是长期稳定性差，即所谓老化问题。为解决陶瓷湿敏元件的老化问题，人们已提出掺磷、硫以及用正硅酸乙脂浸泡等方案，但效果仍不理想。

本发明的目的是要提供一种多孔锌铬钒锂系陶瓷湿敏元件的制作方法，它能使陶瓷湿敏元件具有较好的测湿性能同时又具有长期稳定性。

本发明的目的是这样实现的：在普通锌铬钒锂系陶瓷湿敏元件的主成分ZnO、Cr₂O₃、V₂O₅、Li₂CO₃中加无水乙醇作湿式混合球磨，均匀后送入马弗炉预烧，在750℃～850℃之间保温1-4小时，冷却后磨细过50-200目筛，之后再与添加剂碳、铁、铝、锌、邻苯二甲酸二丁脂、聚乙烯醇等混合，主成份与添加剂的重量比为6∶1～12∶1，碳、铁的重量比为1∶0.27～1∶0.3，混合料用金属模具在15MPa压力下加压成型后，送入马弗炉烧结，烧结温度为1000℃～1200℃，保温时间为0.5～2小时。这样就制得了湿敏陶瓷片。

为了使湿度传感器具有较好的测湿性能和长期稳定性，需要全面考虑湿敏元件的化学成份，物理结构以及制作工艺。在化学成分方面，除考虑湿度敏感的主成份以外，还应考虑表面和晶粒间相中掺杂成份对湿敏晶粒的保护和稳定作用。在物理结构方面，作为湿敏元件最重要的特点即是其微孔结构，包括孔隙率和孔径大小分布等。在普通锌铬钒锂系陶瓷湿敏元件中加入碳、铁、铝，一方面是添加了少量有利于提高稳定性的杂质元素，另一方面是引入了造孔剂，增大了孔隙率，改变了微孔尺寸分布，使孔隙结构达到最佳，这样，材料阻抗值降低同时长期稳定性提高。

本发明由于在普通锌铬钒锂系湿敏陶瓷中掺入具有造孔和保护功能的添加剂碳、铁、铝等，使该湿敏元件较普通湿敏元件具有阻抗低、长期稳定性好等特点，从而克服了普通湿度传感器阻值大和易老化等问题。

发明的具体方法由以下的实施例及其附图给出。

实施例1，称取ZnO、Cr₂O₃、V₂O₅、Li₂CO₃粉末分别为30、18、8、6克，加无水乙醇作湿式混合球磨充分混合以后放入马弗炉中预烧，预烧温度为780℃，保温2小时，炉冷。烧料经研磨后过50目筛，然后称取石墨粉、氧化铁、锌粉、聚乙烯醇（加适量水溶化）各3、0.8、1、0.5克（主成份与添加剂的重量比12∶1，碳与铁的重量比1∶0.27），加入烧料中混合均匀，在15MPa压力下用不锈钢模具压成φ14的小圆片，然后送入马弗炉中在1200℃下烧结1小时，这样就制得湿敏陶瓷片。

在陶瓷片的一面用银浆印刷齿轮型电极，并在其中央钻一个φ1-2mm的小孔，用螺栓穿过其中并拧上螺母，使之与中央电极保持电接触，而另一周边电极则通过与铜垫片接触与金属外壳电学相连。

将以上湿敏元件封装在带有金属纱网窗口的铝壳内，就做成为湿度传感器，其结构示意图如图1。图中（1）为铝外壳、（2）为金属纱网、（3）为湿敏元件、（4）为螺栓电极、（5）为后盖、（6）为铜电极。

为比较传感器的老化特性，采用在50℃温水中浸泡一定时间的方法来模拟老化过程。测量阻抗时所用信号源频率为90赫兹，最大电压峰-峰值8伏，恒温条件用饱和盐溶液法获得，相对湿度为69%时测量值，得出实施例1的湿敏特性随浸泡时间的变化曲线如图2中的曲线（1）。