203154. lajstromszámú szabadalom • Alumínium-alumíniumötvözet alapú nedvességmérő érzékelő szonda és eljárás annak előállítására
1 HU 203 154 B 2 A találmány tárgya műanyag vagy más külön vízzáróréteg nélküli, alumínium-alumíniumötvözet alapú nedvességmérő érzékelő szonda és eljárás annak előállítására. A nedvességmérők szerkezetében fontos szerepet játszik a nedvességérzékelő mérőfej, s ezen belül a szonda. Szondaként előszeretettel alkalmaznak alumínium bázisfém vezető rétegből és alumíniumoxid szigetelő rétegből felépülő összeállítást. A fémoxidréteg porózitása és maximális pórusmérete, valamint a bázisfém rácshibái és a bázisfém előkezelése többek között az érzékenységet, pontosságot, méréshatárt, reagálási sebességet és a hiszterézis- tulajdonságokat megszabó tényezők. A legtöbb megoldás azon alapszik, hogy az alumíniumon vagy más bázisfémen különböző technikai módszerekkel nedvesség-felvevő tulajdonságú oxidréteget hoznak létre, amely pórusossága következtében a vízmolekulák szempontjából bizonyos fokig átjárható, és azon harmadik rétegként nemesfémek felvitelével olyan vezetőréteget, amely a bázisfémmel egy kondenzátor lemezpárját alkotja. Számos megoldásnál a nemesfémréteg alá vagy fölé elektromosan szigetelő, de a vízmolekuláknak reverzibilisen (és legtöbbször szelektíven) átjárható műanyag-polimer réteget (fóliát) is elhelyeznek. Az ismert, a félvezető technikában használatos eljárásokkal (mint az ion-plantáció, ion-bombázás, stb.) kialakított oxidiéteg rétegvastagsága korlátozott, a kis szériák reprodukálhatósága nem kielégítő és előállításuk költséges. Ugyancsak nagyon behatárolt az így készült, szondaként kialakított, dielektrikumként alumínium-oxidot tartalmazó kondenzátor alapkapacitása és érzékenysége is. Ismertek olyan eljárások is, melyeknél a fémoxidréteget elektrokémiai eljárással alakítják ki. Ilyen megoldás szerepel a DE-AS 2 225 092 lajstromszámú NSZK leírásban, melynél hengeres alumíniumrudat egyik végén lappá lapítanak, csiszolnak, majd NaOHKOH-oldatban az egyik oldalán anódosan oxidálják, az oxidréteg egy részét epoxy-műgyantával, mint szigetelő anyaggal bevonják és egyben egy csepp vezető-cementtel a kontaktálást is előkészítik, termikus rögzítés után kolloid ezüstoldatot kennek fel az ellenelektród kialakításához, s kihevítik. Ez az eljárás számos szempontból hátrányos. Az alapfém deformálásával a bázisfém szerkezete nem reprodukálható változásokat szenved a felületen, s ez a rajta kialakított oxidréteget is többé-kevésbé reprodukálhatatlanná teszi. Az eljárásban nem szerepel olyan művelet, amely a bázisfém felületének a reprodukálható oxidréteghez szükséges polírozottságot, egyenletességet biztosítana. Az itt alkalmazott NaOH-KOH-elektrolitos anódos oxidáció főként záróréteg típusú oxidokat eredményez az alumíniumon, melyek porózitása a vízmegkötés szempontjából nem megfelelő. Nem felel meg a korszerű elektromos és mechanikai követelményeknek az alkalmazott kontaktálás sem. A fedő fémréteg felvitele kolloid ezüstoldat felkenése útján azt eredményezi, hogy a fémréteg anyaga - ellenőrizhetetlenül - a nem kívánt helyekre is bejut, és így a fémréteg reprodukálhatósága, legalábbis, kétséges. Hasonló eljárást ismertet, de tantál alkalmazásával a GB 1.577.724 lajstromszámú (angol) szabadalmi leírás. A találmány célja a mondott hátrányokat kiküszöbölő, korszerű nedvességmérő érzékelő szonda kifejlesztése és előállítási eljárásának kidolgozása elektrokémiai technológia alkalmazásával. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy reprodukálható oxidréteg kialakításához lehetőség szerint a bázisfém minden mechanikai deformálását kerülni kell. A találmány azon a további felismerésen alapszik, hogy megfelelő minőségű oxidréteg csak mechanikailag kellően előkészített, polírozott alumíniumfelületen alakítható ki. Ugyancsak egy, a találmányt megalapozó felismerés, hogy az oxidréteg minőségét biztosító polírozás hatékonyan javítható, ha a mechanikai polírozás mellett elektrokémiai polírozást is alkalmazunk. A találmányi megoldás kidolgozása során arra a meglepő eredményre jutottunk, hogy míg a bázisfémen közvetlenül fejlesztett oxidréteg minőségi mutatói és reprodukálhatósága egy fokon túl semmiképpen nem javíthatók tovább, a porózus oxidréteg előtt kialakított tömör oxidréteg ezeket a korlátokat megszünteti, és az eddig ismert megoldásokhoz képest különlegesen kiválű tulajdonságú és reprodukálhatóságú oxidréteget eredményez. A tapasztalatok egy másik, ugyancsak meglepő eredményre vezettek, nevezetesen, hogy az eljárás során már kialakított oxidrétegnek a későbbi technológiai lépéseknél jelentkező minőségromlása hatékonyan megakadályozható, ha az oxidréteg kialakítása után a félkész szondát- célszerűen vákuum-szárítószekrényben - kondicionált körülmények között hőstabilizálásnak vetjük alá. Találmányi megoldásunk tehát alumínium-aluminiumötvözet alapú nedvességmérő érzékelő szonda, mely bázisfémből, azt bevonó oxidrétegből, s utóbbin elhelyezkedő, fegyverzetként kialakított fémrétegből, továbbá kontaktáló alkatrészekből áll, és azzal jellemezhető, hogy a bázisfémet részben bevonó oxidréteg legalább két különböző rétegből áll, nevezetsen tömör és vékony alaprétegből, valamint az alapréteghez viszonyítva jelentősen vastagabb porózus-oxid reteg(ek)ből. A találmányunk szerinti szonda előnyösen azzal jellemezhető, hogy egy vagy két furattal van ellátva. A találmányi szonda előnyösen azzal is jellemezhető, hogy az oxidréteg a bázisfémet csak 60-85 %-nyi felületén takarja, célszerűen a felület 80 %-án. A találmányi szonda előnyösen még azzal jellemezhető, hogy az oxidréteg a bázisfém oxidréteggel takart felületén lévő furatnak a belsejét is borítja. A találmány szerinti szonda előnyösen azzal is jellemzhető, hogy az oxidrétegen lévő fémréteg olyan mintázatot alkot, amely összefüggő, de egyes - a mintázattal meghatározott - felületrészeken az oxidréteg fedetlen. A találmányunk szerinti szonda előnyös kiviteli alakja azzal jellemezhető, hogy a szonda lapfe-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
