[发明专利]新型可燃气检测元件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种平面型载体催化可燃气体检测元件及其制造方法。该方法由于利用BN、MgO、BaO、Al₂O₃、Si₃N₄、BeO等氧化物或氮化物取代传统平面工艺中在铂膜电阻与硅基片间的钛过渡层，能大幅度提高平面型载体催化可燃气体检测元件零点的稳定性；该方法也由于在原有铂系金属催化剂的基础上，通过添加至少一种铂系其他元素的氧化物，以显著提高元件抗H₂S的中毒能力。

迄今为止国内外对可燃易爆气体的定量检测主要采用载体催化元件。利用传统工艺制作的催化元件因其结构及载体、催化剂配方存在的问题，其工作电流、功耗、起始反应温度及温升灵敏度均过高，在遇到较浓可燃气体时，自身还会成为引爆源。本发明人的88106673.7号发明专利能显著地克服这些缺点，其制造方法主要采用溅射工艺在基片上形成钛过渡层与铂膜电阻，再经热处理后在其上制作隔离层、载体及催化剂；通过在载体中加入添加剂以提高载体的热稳定性。用此法制得的产品具有低电流或低功耗，低工作温度，抗震性能好，抗激活能力强，有本质安全型的特性，更适于在有爆炸的环境中使用。但用这种方法制作的元件还存在零点漂移较大、抗毒能力较差的缺点，难以达到满意的实用水平。

本发明的目的是提供一种制作高零点稳定性的平面型载体催化可燃气体检测元件及方法，该方法制作的元件既能保留利用微电子学平面工艺制作元件管芯与用添加剂提高载体热稳定性所具有的良好特性，又具有零点的高度稳定性，同时能显著提高平面元件抗H₂S中毒能力，从而使平面型载体催化可燃气体检测元件达到实用水平。

本发明的目的可以通过以下措施达到。

在传统平面工艺中为防止铂膜电阻从基片表面剥落，必须在铂膜与基片间制作钛过渡层。但钛为金属元素，在元件加热过程中钛原子将不断向铂膜层扩散，造成铂膜电阻的不稳定，进而造成元件零点的漂移。

为此，本发明提出用一种新材质取代元件中的钛过渡层，该材质须具备下列性质：

(1)、对硅基片及铂膜均具强的粘附力，但不发生化学反应：

(2)、其热膨胀系数须与铂膜相近，以免温度变化时，使铂膜剥离；

(3)、其必须是高熔点的绝缘材料。

因此，新材质应是周期表中IIIA族或IVA族元素的氧化物或氮化物如BN、MgO、BaO、Al₂O₃、Si₃N₄、BeO或等价物的一种。

本发明的另一措施是在原有铂系金属催化剂的基础上，添加至少一种铂系其他元素的氧化物。

图1是根据本发明制作的平面型载体催化可燃气体检测元件横截面剖视图。

下面将结合附图对本发明的一种实施方案作进一步详述。

如图1所示、高零点稳定度、强抗毒能力的平面型载体催化可燃气体检测元件包括基片1、铂膜电阻2、铂膜电阻两端引线孔3、基片与铂膜电阻间的过渡层4、铂膜上方外侧致密隔离层5与引线孔3相连的引线6、覆盖管芯的Al₂O₃载体7、以及起催化作用的铂系金属催化剂8及抗中毒作用的至少一种铂族其他元素的氧化物9。引线6另一端将与固定在管座上的管脚相连以构成完整的元件。

本发明采用气相成膜法在基片上形成由BN、Mgo、Bao、Al₂O₃、Si₃N₄、BeO或其等价物的过渡层4。

本发明将除铂系金属外至少一种铂族其他金属氧化物按混和催化剂总重量的5％-10％与制造载体的Al₂O₃混和研磨均匀至所需粒度后，在其中再加二倍重量的Al(NO₃)₃溶液混和后涂覆在管芯上，干燥后通电流使元件温度达700℃，以烧结成形。停止通电冷却后，再浸渍铂系金属催化剂溶液，通电至550℃使之分解。

采用本发明方法制作的平面型载体催化可燃气检测元件完全克服了现有技术的不足之处，经测试：

(1)、以甲烷为例，元件的零点稳定性可以保证其漂移小于±0.02％CH4/48h，比煤炭工业部制定的“煤矿甲烷检测用载体催化元件技术规范”(修订稿)中的要求±0.05％CH4/48h提高了1.5倍。

(2)、元件通200ppM H₂S气体8h，其灵敏度基本不变。