[发明专利]低电流或低功耗热催化元件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种甲烷检测传感器-热催化元件及其制造工艺方法。

作为甲烷自动检测的最重要的传感器-热催化元件，现有产品由铂丝作为管芯，外覆具有一定晶形的Al₂O₃载体（称为白元件）及由白元件表面浸渍催化剂所形成的具有活性的黑元件构成。这种产品传统的制造方法是用线径足够支承元件重量约铂丝绕制成外径一定的螺旋圈以形成管芯，在管芯外用热分解或通电分解法形成具有一定晶形的载体后制成起补偿作用的白元件，在白元件上浸渍催化剂后制成具有活性的黑元件，使甲烷与氧气能在较低温度下在其表面发生无焰燃烧，其释放的热量改变了铂丝的电阻值，以获取与甲烷浓度近似成正比的电信号。

由上述传统工艺制成的热催化元件，因铂丝要支承元件的全部重量，为具有一定的机械强度，使现有产品采用的铂丝线径均大于20μm，元件工作电流超过100mA，功耗也较大，不利于在有爆炸性气体的环境中安全使用。由于机械振动易使载体开裂，直接影响元件的寿命与采用元件组装的整机的可靠性，因受传统制造工艺的限制，无法进一步减小铂丝的线径及元件的表面积，使元件的工作电流与功耗也无法进一步下降。

本发明的目的在于避免上述产品及其制造方法的不足之处而提供一种低电流或低功耗、抗振性强，抗激活能力强、本质安全型的热催化元件产品及其制造方法。

本发明的目的可以通过以下措施来达到。

低电流或低功耗热催化元件产品的技术特征在于元件的管芯由基片、铂膜电阻、覆盖铂膜电阻外侧的致密隔离层及连接铂膜电阻与管脚的引线组成;元件的载体含有氧化铱等特殊的添加剂。

低电流或低功耗热催化元件的制造方法，是采用微电子学方法中的溅射工艺在基片上形成钛过渡层与铂膜电阻，在铂膜电阻两端引线孔蒸金，再按一定尺寸分割成所需的芯片后在铂膜电阻两端引线孔压焊引线，经500～900℃温度热处理后将引线与管脚相连形成管芯，随后在管芯上制作隔离层、载体及催化剂。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到。

低电流或低功耗热催化元件的基片可用表面光洁度好且易研磨易切割的材质，为了防止铂膜脱离在基片与铂膜电阻之间可采用钛过渡层，引线可采用金丝、用银浆将引线与管脚粘接在一起。

低电流或低功耗热催化元件的制造方法中有关隔离层及载体的制备方法为：a）将Al（NO₃）₃·9H₂O溶于去离子水，搅拌均匀制成含35-40%的Al（NO₃）₃水溶液定为1号液;b）将研磨至分散度符合要求的Al₂O₃粉末与重量2-3倍的1号液配成浊液，定为2号液;C）将含有0.1～1%氧化铱等添加剂的Al₂O₃研磨至所需分散度后与等重量的1号液搅拌均匀定为3号液;d）采用通电分解法依次使2号液与1号液在管芯铂膜电阻外侧形成致密的隔离层;e）采用通电分解法，使3号液在致密隔离层外侧形成具有γ晶形Al₂O₃的载体。

低电流或低功耗热催化元件制造方法中有关催化剂的制备方法为：a）用加热煮沸法制得含2.0～5.0%的pdcl₂水溶液定为4号液;b）将含2.0～6.0%的H₃PtCl₃水溶液定为5号液;C）用4号液浸渍载体2～8次，每次通电使元件发红，产生热分解;d）用5号液继续浸渍载体1～5次，每次通电使元件发红，产生热分解;e）通电使元件暗红后再通入浓度为10%甲烷使元件激活获得活性;f）通电、通甲烷，交义老化后经测试获得合格的元件。

附图的图面说明如下：

图1为一种低电流或低功耗热催化元件产品的结构示意图;

图2为上述一种低电流或低功耗热催化元件产品的横截面剖视图。

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、图2所示，低电流或低功耗热催化元件系由基片（1）铂膜电阻（2），铂膜电阻两端引线孔[3]覆盖铂膜电阻（2）外侧的致密隔离层（4）、与引线孔（3）相连的引线（5）构成管芯;管芯外覆盖具有γ晶形的Al₂O₃载体（6）形成白元件;白元件浸渍催化剂（7）形成具有活性的黑元件;元件通过引线（5）的另一端与固定在管座（8）上的管脚（9）相连而组成整个元件。