专利名称:石墨法制造多孔陶瓷湿敏元件的制作方法
本发明涉及一种制造多孔陶瓷湿敏元件的新方法，采用加石墨造孔剂的方法制造多孔陶瓷湿敏元件，该湿敏元件是一种用以测量湿度和控制湿度的电子元件。
制造湿敏元件的关键是构造合适的多孔陶瓷气孔分布，现在采用减小成型压力烧结多孔陶瓷(桑原 诚ポ-ラスPTC材料の开发と特性，エレクトロニク·セラミックス，9-15页，夏号，1984)，其机械强度低、容易破碎，并且不容易获得均匀的陶瓷气孔分布，更重要的是陶瓷的电阻率和介电常数受成型压力和烧结温度的影响极大;采用降低烧结温度的办法烧结的多孔陶瓷也具有同样的缺点。为了便于陶瓷成瓷，在减小成型压力的同时需提高烧结温度或添加助熔剂;在降低烧结温度的同时需增加成型压力或添加助熔剂，这些因素都会影响制得湿敏元件的一致性和稳定性，因而湿敏元件的一致性和稳定性还未能完全解决。
本发明的目的是提出一种新的制造方法，按照一般陶瓷的最佳烧结条件，采用加石墨造孔剂的方法，能够方便地获得不同气孔率的多孔陶瓷，并且机械、化学、电气性能稳定，具有很好的一致性和稳定性，寿命长和不需加热清洗。
本发明的任务是按如下程序完成的以相应配方所确定的各种金属氧化物进行混合，然后予烧，再将予烧料与一定量的石墨混合，球磨2小时，在恒定的成型压力和烧结温度下，就能获得多孔陶瓷。最后在制得多孔陶瓷感湿体上印刷多孔RuO2电极，800℃烧结，就能得到性能稳定的陶瓷湿敏元件。本发明特征就在借助石墨挥发获得多孔陶瓷，加石墨的多少决定多孔陶瓷的气孔率和气孔分布。这种加石墨造孔剂制造多孔陶瓷的方法，对多种陶瓷配方均有效。
本发明不需增加设备，在恒定的成型压力和烧结温度下，只要改变石墨含量和石墨粒度就能精确控制多孔陶瓷的气孔率和气孔尺寸，并且加石墨的多少不影响制成陶瓷的电阻率和介电常数。这种制得的多孔陶瓷，不仅具有一致的机械和化学性能，并且具有一致的电气性能。当外加石墨量为5～20Wt%时，可获得最佳湿敏特性。制得湿敏元件长寿命、高稳定和不需加热清洗。
采用以下实施方案就能制造性能稳定和特性良好的湿敏元件按摩尔比CoO∶Co2O3∶Fe2O3＝1∶0.14∶0.26称取三种氧化物，充分混合，在温度1000～1100℃烧结1～2小时，予烧合成80CoO-20Co(C00.7Fe1.3)O4的陶瓷料。然后与一定量的石墨粉均匀混合，球磨2小时。石墨的含量为0～50wt%，粒度为0.1～5μm。在600～1000kg/cm2的压力下压成φ8×1mm的陶瓷园片，在1200～1400℃，1～4小时，烧结成多孔陶瓷。最后在瓷片上印刷RuO2电极，800℃，15分钟烧成多孔状电极。为了减少表面污染的影响，增加寿命，采用体积电阻检测湿度。
表1给出了石墨含量为0～50wt%的十一种试样的组成、平均气孔率和对湿度的灵敏度。
温度灵敏度α定义为相对湿度分别为10%和100%的实测电阻值之比，即α＝R10%/R100%其中R10%为相对湿度10%RH的电阻值;
R100%为相对湿度100%RH的电阻值。
表180CoO-20Co(C00.7Fe1.3)O4予烧料加石墨
以下结合附图对发明作进一步详细描述图1为石墨法制造多孔陶瓷湿敏元件的工艺流程图。
图2为多孔陶瓷平均气孔率B与外加石墨重量百分比A的关系图。
图3为多孔陶瓷的电阻率ρ与外加石墨重量百分比A的关系图。
图4为多孔陶瓷湿敏元件湿度灵敏度α与外加石墨重量百分比A的关系图。
图5为四种试样的感湿电阻R与相对湿度φ的关系图。
图6为3号试样的陶瓷湿敏元件的感湿电阻R与放置时间t的关系图。
参照图1，石墨法制造多孔陶瓷湿敏元件的工艺流程是简单易行的。
图2显示了多孔陶瓷平均气孔率B与外加石墨重量百分比A的关系，可以看出造孔效果随着石墨造孔剂含量的增加，气孔率显著增加。在相等的成型压力和烧结温度下，改变石墨造孔剂的含量，就可方便地获得各种气孔率的多孔陶瓷。当外加石墨造孔剂的重量百分比A≤20wt%，气孔率增加较快;当A＞20wt%时，造孔趋于饱和。
图3是多孔陶瓷材料的电阻率ρ与外加石墨重量百分比A的关系。显然，采用这种造孔方法烧结多孔陶瓷，其电阻率几乎不受石墨造孔剂的影响，具有很好的一致性。
图4表示石墨法制造多孔陶瓷湿敏元件的湿度灵敏度α与外加石墨重量百分比A的关系。不加石墨(A＝0)时，灵敏度α＝2;加石墨后，灵敏度α大增，可达20。一般湿度灵敏度α过大容易失效，电阻值变化范围也过宽。
图5分别是1号、2号、3号和5号试样的感湿电阻与相对湿度φ的关系图。可以在1～100%RH范围内测试。图中阻值范围为50～100kΩ，在10%RH的低湿情况，感湿电阻值还不超过1MΩ，所以采用最简单的电路就可装配测湿仪表。从图中可以看到，3号和5号试样具有线性电阻湿度特性。
图6给出了3号试样的陶瓷湿敏元件的感湿电阻R与放置时间t的关系图。这种湿敏元件是一种不需加热清洗的、高稳定和长寿命的陶瓷湿敏元件。
总的考虑石墨重量百分比为5～20wt%可得最佳湿敏特性的湿敏元件。
采用过渡金属的碱类、盐类进行配方，如Co(OH)2，Co(HCO3)3，FeCl3等高温分解成相应的氧化物CoO，Co2O3，Fe2O3，可以获得与以上配方相一致的特性。
石墨造孔剂烧结多孔陶瓷，多种配方均有效，其特征是借助石墨在烧结中的挥发获得多孔陶瓷。
权利要求
1.一种采用金属氧化物，经过混合、予烧、球磨，加压成型和最后烧结，并在其上制作电极，制得多孔陶瓷湿敏元件的方法，其特征在于选择80CoO-20Co(C00.7Fe1.3)O4陶瓷材料，以石墨作造孔剂，石墨含量为0～50Wt%。
2.按权利要求
1所述的方法，其特征是按摩尔比CoO∶Co2O3∶Fe2O3＝1∶0.14∶0.26称取三种氧化物，充分混合，在温度1000～1100℃烧结1～2小时，予烧合成80CoO-20Co(C00.7Fe1.3)O4的陶瓷料;然后与一定量的石墨粉均匀混合，球磨2小时;石墨含量为0～50wt%，粒度0.1～5μm;在600～1000kg/cm2的压力下压成φ8×1mm的陶瓷圆片;在温度1200～1400℃，烧结成多孔陶瓷;最后在瓷片上印刷RuO2电极，800℃，15分钟烧成多孔电极。
3.按权利要求
1或2所述的方法，其特征是按摩尔比CoO∶Co2O3∶Fe2O3＝1∶0.14∶0.26烧结湿敏元件的基本配方，其中三种氧化物可用相应的碱类、盐类如Co(OH)2、Co(HCO3)3、FeCl3等代替。
4.按权利要求
1或2所述的方法，其特征是石墨含量为5～20wt%。
专利摘要
本发明公开一种加石墨制造多孔陶瓷湿敏元件的方法。选择80CoO—20Co(Co
文档编号C04B35/26GK87101847SQ87101847
公开日1988年9月21日 申请日期1987年3月9日
发明者孙鸿涛, 姚熹, 武明堂, 李平 申请人:西安交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan