195999. lajstromszámú szabadalom • Gáz- és nedvességérzékelő eszköz, valamint eljárás annak előállítására
3 195999 4 A találmány tárgya gáz- és nedvességérzékelö eszköz, amelynek megfelelő hőmérsékletre fűtött állapotban különböző gázok és gőzök jelenlétében, azok koncentrációja mértékétől függően, valamint nedvesség jelenlétében vezetőképessége változik, s mint ilyen, megfelelő elektronikával összekapcsolva, annak érzékelő szerveként alkalmazható. A találmány tárgykörébe tartozik továbbá ezen eszköz előállítása is. Mint ismeretes, egyes félvezető fémoxidok, így.- ón-dioxid, cink-oxid, cirkónium-oxid, titán-dioxid és vas-oxid vezetőképessége függ a környezetében lévő redukáló gázok, gőzök koncentrációjától, illetve a levegő páratartalmától. Ezen anyagokból készített érzékelők működése a felületi adszorpció-deszorpció mértékének megváltozása révén bekövetkező vezetőképesség-változáson alapul. A felületi adszorpciós-deszorpciós folyamatok felgyorsításával rövidíthető az érzékelők beállási ideje. Ennek érdekében az érzékelőket általában 200-500 °C hőmérsékleten működtetik. Napjainkban egyre nagyobb az igény olyan olcsó, könnyen előállítható érzékelő eszközök iránt, amelyek villamos vezetőképességének (ellenállásának) változása nagymértékű és gyors, ha bizonyos gázokkal vagy gőzökkel érintkeznek. Az érzékelő eszközök ismert előállítási eljárása körülményes, az érzékelő réteg felvitele bonyolult, sokszor gondos, figyelmet igénylő kézi műveletekre van szükség, és anyagi összetételük miatt rendszerint hosszú idejű, magas hőmérsékletű Bzínterelést igényelnek. Például a 4 033 169 lajstroraBzémú US (amerikai egyesült államok-beli) szabadalmi leírás olyan szénhidrogén gáz érzékelő eszközt ismertet, amelynél érzékelő réteget henger alakú kerámia hordozóra kézi művelettel visznek fel, és az érzékelő réteg anyagi összetételét tekintve félvezető oxidként cink-oxidot vagy ón-dioxidot, adalékként vanádium-penloxid, antimon-trioxid, neodínium-oxid, réz-oxid, mangán, platina és palládium közül legalább egyet tartalmaz. Az érzékelő réteg megszilárdításét 1000-1100 °C hőmérsékleten való színtereléssel végzik. A 4 001 757 lajstromszémú US (amerikai egyesült államok-beli) szabadalmi leirás olyan hordozó lapkával kialakított érzékelő eszközt ismertet, amelynél a lapkára kézi művelettel visznek föl érzékelő réteget, ahol az érzékelő réteg felvezető oxidként vas-hidroxidot tartalmaz. Az érzékelő réteget a lapkán 350-500 °C hőmérsékleten szilárdítják meg. A találmány alapját az a felismerés képezi, hogy a felmerült igények nagy termelékenységű és nagyfokú paramétertartést biztosító technológiát tartalmazó előállítási eljárással elégíthetők ki. Ilyen technológia például a vaBtagréteg technológia, amely azonban olyan követelményeket támaszt az érzékelő réteg anyagi összetételével szemben, hogy a 350-950 “C beégetési hőmérséklet tartományban a kívánt mechanikai szilárdsággal és megfelelő érzékenységgel rendelkező pórusos szerkezet kialakuljon. Kísérleteink alapján úgy találtuk, hogy megfelelő paraméterekkel rendelkező érzékelő eszköz állítható elő olyan érzékelő rétegösszetétel mellett, ahol félvezető oxid összetevői és az érzékenyitö adalékot nagy bőr- és ólomtartalommal rendelkező üvegszerű kötőanyag tartja össze. A találmány szerinti gáz- és nedvességérzékelő eszköznek szigetelő anyagú, főként alumíniuro-oxíd kerámia hordozó lapkája van, a lapka egyik felületén réteg formájában elhelyezett vezetőhálózatot és fűtőellenéllás hálózatot hordoz, a lapka másik felületén két, egymástól távkőzzel elválasztott, réteg formájában elhelyezett elektródát és az elektródák között a lapka felületére tapadó, valamint - részben vagy egészben - az elektródákra rányúlóan elhelyezett és az elektródákká1. galvanikus összeköttetésben álló, érzékelő réteget foglal magába, ahol az érzékelő réteg kötőanyag jelenlétében félvezető oxid összetevőként ón-dioxid, cink-oxid, cirkonium-dioxid, titán-dioxid vagy vas-oxid legalább egyikét, érzékenyitö adalékként pedig összesen 0,01-10 tömeg%-nyi mennyiségben vanádium-pentoxid, platina, mangán-dioxid, réz, réz-oxid, mangán, nikkel, nikkel-oxid, palládium, ezüst, ezüst-oxid, molibdén és vas-oxid közül legalább egyet tartalmaz. Az eszköz lényege, hogy a kötőanyag olyan üvegszerű ólomboroszilikát, amely 30- -70 tömeg% ólmot, 1-10 tömeg% sziliciumoL, 20-60 tömeg% bort, valamint adalékként 1-10 tómeg% alumíniumot és 0-10 tömeg% titánt oxid összetevők formájában foglal magába, továbbá, hogy az érzékelő réteg az üvegszerű kötőanyagból 0,05-5 tömeg%-nyi mennyiséget, a félvezető oxid összetevőből és érzékenyító adalékokból összesen 95-99,95 tömeg%-nyi mennyiséget magába foglaló pórusos szerkezetű. A találmány szerinti géz- és nedvességérzékelő előállítási eljárása sorén szigetelő anyagú, főként alumínium-oxid kerámia hordozó lapka egyik felületén vezetőkálózatot és fűtőellenéllás hálózatot alkotó réteget, másik felületén egymástól távközzel elválasztott elektróda párt formáló réteget, valamint a lapka felületére és - részben vagy egészben - az elektródákra rányúló érzékelő réteget alakítunk ki. Lényege, hogy a vezetöhálózatot és az elektródákat alkotó rétegeket, majd a vezetóhálózat fölé a fűtőellenéllás hálózatot külön-külön műveleti lépésekben, önmagukban ÍBmert módon, szitanyomtató és beégető művelettel alakítjuk ki, továbbá, hogy az érzékelőréteg készítése céljából a külön elkészített, üvegszerű, ólomboroszilikát alapú kötőanyagot legfeljebb 20 pm, célszerűen 1-2 jam átlagos szemcsézettBégűvé porítjuk, majd azt hasonló szemcsézettségű félvezető 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
