[发明专利]感湿体为致密陶瓷的湿敏元件制造方法

说明书

本发明属于湿敏元件领域。其感湿体不是多孔陶瓷，而是致密陶瓷。

陶瓷湿敏电阻元件问世于本世纪六十年代，但因稳定性很差，一直未能成功地应用。1976-1978年，新田垣治开发了MgCr₂O₄-TiO₂系陶瓷湿敏材料，用加热清洗方法初步解决了湿敏元件的稳定性问题，在自动微波炉获得应用。其后以金属氧化物为主成分的陶瓷烧结体或厚膜形成的湿敏元件如雨后春笋般的出现，较有应用价值的系统有ZnCr₂O₄-LiZnVO₄、TiO₂-V₂O₅等，但是几乎所有这些氧化物系统的湿敏陶瓷都是多孔的，若烧结成致密体，则感湿灵敏度大大降低甚至消失。气孔的结构（如形状、大小、数量、分布等）对湿敏效应有十分重要的影响。但又很难通过工艺手段严格的控制这些参数，再加上有机物的蒸气容易在多孔陶瓷的孔隙中产生毛细管凝聚，所以陶瓷湿敏元件至今存在工艺重复性不好，分散性，时间稳定性差等问题。虽然用加热清洗方法可以使时间稳定性略加改善，但随之带来结构复杂问题同时不能连续工作和在“禁火”场合使用。

本发明的目的在于寻找一种新的陶瓷湿敏元件，它的织构致密（开口气孔率为零）而又有高的感湿灵敏度，从而可克服多孔陶瓷的工艺重复性差、分散性大和感湿性能不稳定的缺点，以便获得不需加热清洗而又有高的时间稳定性、工艺重复性、分散性小的陶瓷湿敏元件。

本发明提供的一个用作湿敏元件的陶瓷，其组分为K_xNa_yBi_（1-x-y）TiO₃，其中x为0.005～0.495，y为0.005～0.495此外，还含有0～5%（重量）的Al₂O₃、ZrO₂、B₂O₃、P₂O₅、PbO、SiO₂、CaO和LiO₂中的一种或一种以上。

用TiO₂、Bi₂O₃、无水，碳酸钠、无水碳酸钾和添加剂（除TiO₂为工业级外，其余均为试剂三级）按一定配比配料，加入无水酒精混合6小时，干燥后在900-1150℃保温1-6小时合成，将此熟料粉碎后球磨16～30小时，干燥，用等静压成型方法制成Φ20×60m/m园柱状坯体，在1000～1200℃空气或氧气氛中烧结，保温时间0.5-14小时，典型配方的陶瓷材料的体积密度为5.70±0.05g/cm³，吸水率为0.05%。

烧结后瓷坯经切割、研磨成12×12×0.2mm的薄片，被银电极，焊接在聚四氟乙烯作底座的引线上，加上过滤网罩用硅橡胶封口，如图1所示。图中1为铜丝网罩，2为陶瓷感湿体，3为引线，4为底座。

本发明用双温法标准湿度发生器作湿度源，用分压法在70HZ，1伏的外加电压下测量了湿敏元件在20-95%RH下阻抗-相对湿度的关系。图2列出了5个不同组份的陶瓷湿敏元件的阻抗-相对湿度特性。图中横座标为相对湿度RH%，纵座标为阻抗（Ω），图中曲线1至5的组份如表1所示。

表1    不同组份的湿敏元件及烧结条件

曲线编号 K_xNa_yBi_（1-x-y）TiO₃中 烧结条件

X    Y

1    0    0.5    1130℃/13hr（通空气）

2    0.095    0.405    1170℃/2hr（通氧气）

3    0.125    0.375    1190℃/8hr（通氧气）

4    0.325    0.175    /

5    0.440    0.07    1040～1080/2-6hr

（加入3%（重量）Al₂O₃）