片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器及其制备方法与流程

文档序号:20063503发布日期:2020-03-06 08:13阅读:来源:国知局

技术特征:

1.片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器,其特征在于,该传感器包括两层陶瓷片基片,下层陶瓷片基片上设有信号传输层(1),上层陶瓷片基片的下表面设有阻值感知层(2),上层陶瓷片基片的上表面设有催化燃烧层(3);

所述信号传输层(1)包括四个引线焊盘、两个信号传输焊盘、四个上表面焊盘和两个调阻区;四个引线焊盘和两个信号传输焊盘设置在下层陶瓷片基片的下表面,四个引线焊盘分别为第一引线焊盘(1-1)、第二引线焊盘(1-2)、第三引线焊盘(1-3)和第四引线焊盘(1-4);第一引线焊盘(1-1)和第二引线焊盘(1-2)之间设有第一信号传输焊盘(1-5),第三引线焊盘(1-3)和第四引线焊盘(1-4)之间设有第二信号传输焊盘(1-6);

四个上表面焊盘设置在下层陶瓷片基片的上表面,分别为第一上表面焊盘(1-7)、第二上表面焊盘(1-8)、第三上表面焊盘(1-9)和第四上表面焊盘(1-10);所述第一上表面焊盘(1-7)、第二上表面焊盘(1-8)、第三上表面焊盘(1-9)和第四上表面焊盘(1-10)分别与第一信号传输焊盘(1-5)、第二引线焊盘(1-2)、第二信号传输焊盘(1-6)和第四引线焊盘(1-4)镜面对称;第一上表面焊盘(1-7)和第一信号传输焊盘(1-5)通过贯穿下层陶瓷片基片的第一通孔(1-13)连通;第二上表面焊盘(1-8)和第二引线焊盘(1-2)通过贯穿下层陶瓷片基片的第二通孔(1-14)连通;第三上表面焊盘(1-9)和第二信号传输焊盘(1-6)通过贯穿下层陶瓷片基片的第三通孔(1-15)连通;第四上表面焊盘(1-10)和第四引线焊盘(1-4)通过贯穿下层陶瓷片基片的第四通孔(1-16)连通;

下层陶瓷片基片的下表面还设有两个调阻区,分别为第一调阻区(1-11)和第二调阻区(1-12);第一调阻区(1-11)位于第一引线焊盘(1-1)和第一信号传输焊盘(1-5)之间,且与第一引线焊盘(1-1)和第一信号传输焊盘(1-5)接触连通;第二调阻区(1-12)位于第二引线焊盘(1-2)和第二信号传输焊盘(1-6)之间,且与第二引线焊盘(1-2)和第二信号传输焊盘(1-6)接触连通;

所述阻值感知层(2)包括第一感知电阻(2-1)和第二感知电阻(2-2);第一感知电阻(2-1)的两端分别与第一上表面焊盘(1-7)和第二上表面焊盘(1-8)连通,第二感知电阻(2-2)的两端分别与第三上表面焊盘(1-9)和第四上表面焊盘(1-10)连通;

所述催化燃烧层(3)包括第一催化单元(3-1)和第二催化单元(3-2);第一催化单元(3-1)位于第一感知电阻(2-1)的正上方,包括催化剂载体和设置在其上的催化剂;第二催化单元(3-2)位于第二感知电阻(2-2)的正上方,包括催化剂载体。

2.根据权利要求1所述的片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器,其特征在于,所述信号传输层(1)还包括四个引线,分别为第一引线(1-17)、第二引线(1-18)、第三引线(1-19)和第四引线(1-20);第一引线(1-17)、第二引线(1-18)、第三引线(1-19)和第四引线(1-20)分别与第一引线焊盘(1-1)、第二引线焊盘(1-2)、第三引线焊盘(1-3)和第四引线焊盘(1-4)连接;

所述第一引线(1-17)、第二引线(1-18)、第三引线(1-19)和第四引线(1-20)均采用pt丝或合金丝制成。

3.根据权利要求2所述的片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器,其特征在于,所述第一调阻区(1-11)和第二调阻区(1-12)均为长方形,第一调阻区(1-11)在与第一引线焊盘(1-1)和第一信号传输焊盘(1-5)的连通一侧开有长形开口,第二调阻区(1-12)在与第二引线焊盘(1-2)和第二信号传输焊盘(1-6)的连通一侧开有长形开口;

所述第一调阻区(1-11)和第二调阻区(1-12)的调节阻值误差为≤0.1ω;

所述第一调阻区(1-11)和第二调阻区(1-12)采用pt金属材料制成。

4.根据权利要求3所述的片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器,其特征在于,所述第一感知电阻(2-1)和第二感知电阻(2-2)为环形或蛇形,通过长度和厚度调整阻值,阻值范围为10ω~100ω;

所述第一感知电阻(2-1)和第二感知电阻(2-2)采用pt金属材料制成。

5.根据权利要求4所述的片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器,其特征在于,所述催化燃烧层(3)的第一催化单元(3-1)和第二催化单元(3-2)均为圆形结构,所述圆形结构的外侧设有圆环状的热隔离悬浮桥(3-3);

第一催化单元(3-1)和第二催化单元(3-2)的催化剂载体均为多孔氧化铝陶瓷,厚度为5~20μm;

第一催化单元(3-1)的催化剂采用pt、pd、au单组分或多组分复合组成。

6.根据权利要求5所述的片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器,其特征在于,所述第一通孔(1-13)、第二通孔(1-14)、第三通孔(1-15)和第四通孔(1-16)内均填充有pt金属材料。

7.根据权利要求6所述的片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器,其特征在于,所述四个引线焊盘、两个信号传输焊盘和四个上表面焊盘均采用pt金属材料制成。

8.片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器的制备方法,该制备方法基于权利要求7的片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器实现,其特征在于,该制备方法的具体过程为:

s1、采用冲孔技术在下层陶瓷片基片上制作第一通孔(1-13)、第二通孔(1-14)、第三通孔(1-15)和第四通孔(1-16);

采用丝网印刷法在第一通孔(1-13)、第二通孔(1-14)、第三通孔(1-15)和第四通孔(1-16)内印制填充pt金属材料;

采用丝网印刷法用pt金属材料在下层陶瓷片基片的下表面印制四个引线焊盘、两个信号传输焊盘和两个调阻区,同时在下层陶瓷片基片的下表面印制四个上表面焊盘;

采用丝网印刷法用pt金属材料在上层陶瓷片基片的下表面印制第一感知电阻(2-1)和第二感知电阻(2-2)

采用丝网印刷法用多孔氧化铝陶瓷在上层陶瓷片基片的上表面印制第一催化单元(3-1)和第二催化单元(3-2)的催化剂载体;

s2、将下层陶瓷片基片和上层陶瓷片基片对位层叠,采用等静压技术将两层陶瓷片基片结合为一体结构;

s3、将s2获得一体结构采用烧结技术一体化成型;

s4、采用激光调阻技术对信号传输层(1)的两个调阻区进行加工,调节阻值误差为≤0.1ω;

s5、采用激光刻蚀技术在第一催化单元(3-1)和第二催化单元(3-2)的催化剂载体上制备热隔离悬浮桥(3-3);

s6、采用引线焊接技术在四个引线焊盘上分别焊接四个引线;

s7、采用点胶技术在四个引线焊盘和两个调阻区处涂覆玻璃浆料;

s8、采用烧结技术将s7获得的样品烧结成型;

s9、采用浸渍技术将催化剂使用的离子的溶液滴入第一催化单元(3-1)的催化剂载体上,经过烘干和烧结,使第一催化单元(3-1)形成检测元件,第二催化单元(3-2)形成补偿元件;

s10、采用划片技术将包含检测元件和补偿元件的传感器芯体分离,获得一体化催化燃烧式可燃气体传感器。

9.根据权利要求8所述的片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器的制备方法,其特征在于,s9所述采用浸渍技术将催化剂使用的离子的溶液滴入第一催化单元(3-1)的催化剂载体上,通过催化离子水溶液的浸润,控制溶液的浓度和滴入体积能够实现对催化剂负载量的控制。

10.根据权利要求8所述的片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器的制备方法,其特征在于,s9所述烘干和烧结的具体过程为:

将滴入催化剂的样品在80℃~120℃的条件下干燥,干燥时间≥9h;

然后将干燥后的样品煅烧,煅烧温度根据催化剂类型控制在500℃~900℃之间,煅烧时间2h~5h。

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