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1、气敏元件的制备方法1、气敏元件的结构気化豹半导体测电极力m丝Heating wireCeramic tubeSensing filmGold electrodes加热丝电极ZTWvwyywwvw/2、气敏元件制备流程3、电子浆料的配制 电子浆料有多种分类方法，按用途可分为导体浆料、电阻浆料、介质浆料、磁性浆料； 按主要材料与性能可分为贵金属浆料、贱金属浆料；按热处理条件可分为高温（1000C）、中 温（1000300C）及低温（300100C）烧结浆，低温浆料又可称为导电胶。电子浆料主要由导电相（功能相）、粘结相（玻璃相）和有机载体三部分组成。（1）导电相（功能相）导电相（功能相）通常以球形、
2、片状或纤维状分散于基体中，构成导电通路。导电相决定 了电子浆料的电性能，并影响着固化膜的物理和气敏性能。电子浆料用的导电相有碳、金属、金属氧化物三大类。（2）粘结相（玻璃相） 粘结相通常由玻璃、氧化物晶体或二者的混合物组合而成，其主要作用是在厚膜元件的烧结过程中连接、拉紧、固定导电相粒子，并使整个膜层与基体牢固地粘结在一起。粘结相 的选择对成膜的机械性能和电性能有一定的影响。根据在玻璃相中的主要作用，氧化物大致 可分为三类:第一类为构成玻璃基本骨架的氧化物，如SiO2、b2o3等，它们能单独形成机械性能和电 性能优良的玻璃;它们能降低玻璃的熔第二类是调节玻璃的物理、化学性能的氧化物，如A12O
3、3、PbO、BaO、ZnO,它们可改 善玻璃的热膨胀系数、机械强度、热和化学稳定性等;第三类用于改进玻璃性能的氧化物，如 PbO、 BaO、 B2O3、 CaF2，化温度，同时还保证了玻璃的电性能和化学性能。配方 1（典型的硼硅酸铅玻璃粉配方）氧化铅 63%，氧化硼 25%，二氧化硅 12%。玻璃粉约占浆料配方的 2%3%（wt）。配方 2（改进配方）氧化铋 71%，氧化硼 13%，氧化铅 10%，二氧化硅 5%，氧化锑 1%。最高烧结温度为800 度（要高于融化温度约 100 度，其融化温度约 650 度）。 配方 3（无铅配方）1#：二氧化硅 50%，氧化铋 20%，氧化锌 20%，氧化硼
4、 10%，熔融温度 814.8 度2#：二氧化硅 40%，氧化铋 30%，氧化锌 10%，氧化硼 20%，熔融温度 772.5 度制备方法：按1#所示称取各组分于刚玉坩埚中，加热至12001500C熔化，熔制完成后将熔融态玻璃进行水淬处理水淬后烘干样品进行球磨，球磨 3 h 后，过筛制得所需的无铅玻璃粉。 使用方法：（1）该无铅导电银浆配方最佳质量分数w（银粉）72%, w（玻璃粉）3%和w（有机载体）25%（2）烧结峰值温度为580C，保温时间为5min，烧结银膜可以获得最好的结构和电性能。配方4 （Bi2O3-B2O3系玻璃的配方）w（Bi2O3） w（B2O3） w（ZnO）w（Sb2O
5、3）w（Al2O3）652553.51.5原料：采用化学纯 Bi2O3、H3BO3、ZnO、A1（OH）3 和 Sb2O3。 玻璃粉的制备方法与配方 3 相同随着w（Bi2O3）的增加，玻璃的tf （软化温度）缓慢下降并维持在490C左右，熔封温度为550600C并具有良好的流动性，这种Bi2O3-B2O3系玻璃粉具有低熔点低膨胀特性。使用方法厚模电阻材料（指氧化锡）与玻璃粉的比例保持在8：1和7：1之间。本实验室采用的玻璃粉为Bi2O3-B2O3系玻璃粉，其配方可在下列比例的基础上收进。w(Bi2O3)70w(B2O3)30w(ZrO2)0w(Al2O3)0w(SiO2)0w(ZnO2)07
6、0272100（3）有机载体有机载体是溶解于有机溶剂的聚合物溶液，它是功能相和粘结相微粒的运载体，起着控 制浆料的流变特性，调节浆料的粘稠度，使固体形态的导电相、粘结相和其他作用的固体微 粒混合物分散成具有流体特性的浆料，以便于转印到基板上，形成所需图形。有机载体应具有以下特点：粘度适中，保证浆料有一定的流动性适合丝网印刷；触变性， 印刷后能使浆料保持好的形态；润湿性，均匀的分散粘结相和功能相而不产生团聚和沉淀挥发性，具有层次性而不是集中在某一温度范围以避免出现孔隙或裂痕。有机载体主要由有机溶剂和增稠剂组成，为了改善其流动性，可加入表面活性剂；为了 提高浆料的触变性，要加入触变剂、胶凝剂等。有
7、机溶剂主要有松油醇、萜品醇（分子量:154.3）、丁基卡必醇、丁酸丁基卡必醇、异丙醇 或甲苯等，含量要求为 91%95%。增稠剂也称有机粘结剂，其作用是提高浆料的粘度，覆盖固体微粒以阻止微粒的凝聚、 结块和沉淀，并赋予浆料合适的流变特性，在浆料印刷、干燥后，使固体微粒粘结在一起， 具有一定的强度。常用的增稠剂有乙基纤维素、硝基纤维素、丙烯酸树脂、丁醛树脂、聚异 乙烯、聚己烯乙醇、聚a甲基苯乙烯、聚己烯醋酸酯和苯乙烯等，以调节有机溶剂的粘度。 加入聚甲基丙烯酸脂或邻苯二甲酸二丁脂可以改善介质浆料的成型和流平性。电子浆料最常用的有机载体是将乙基纤维素溶于溶剂中形成的一种粘性液体。有机载体 黏度用乙
8、基纤维素的质量分数来调节，通常要求有机载体的黏度在一定的范围。根据被分散 物质的比表面积、密度和对电子浆料的黏度要求不同，有机载体的黏度要求也不一样。一般 要求在保证固含量为80%左右时，配制的浆料黏度达到150 Pas左右（NDJ型黏度计检测）。本实验室采用的有机载体配方：配方1：按松油醇15mL （约14g, wt93%）,乙基纤维素1克（wt6.6%）的比例配制。配方2： w（乙基纤维素）=5%； w（丁基卡必醇醋酸酯）=28.5%； w（松油醇）=57%； w（邻苯二 甲酸二丁酯）=9.5%。配方3： w（乙基纤维素）=5%； w（松油醇）=83%； w（邻苯二甲酸二丁酯）=12%。配
9、方1制备方法：按配比称取有机溶剂、乙基纤维素等成分于广口瓶中，在搅拌下，水浴80-90C加热，直 到乙基纤维素溶解。再于60度用超声波清洗30min。冷却后用丝网过滤，除去未溶解的乙基 纤维素。有机载体的挥发情况：150200C温度范围内挥发，失重量为93.88%,在200400C温度范围失重量为4.82%。乙基纤维素在325375C温度范围内失重量为91.66%称取20g有机载体，空气环境下，在450C保温15 min能完全挥发，残留量接近为零。丙三醇：无色澄明黏稠液体。无臭。有暖甜味。能从空气中吸收潮气，也能吸收硫化氢、氰 化氢和二氧化硫。对石蕊呈中性。长期放在0C的低温处，能形成熔点为1
10、7.8C有光泽的斜 方晶体。遇强氧化剂如三氧化铬、氯酸钾、高锰酸钾能引起燃烧和爆炸。能与水、乙醇任意 混溶，1份本品能溶于11份乙酸乙酯，约500份乙醚，不溶于苯、氯仿、四氯化碳、二硫化 碳、石油醚和油类。相对密度1.26362。熔点17.8C。沸点290.0C （分解）。折光率1.4746。 闪点（开杯）176C。半数致死量（大鼠，经口）20ml/kg（ 4）电子浆料的制备 配制电子浆料时，一般保证固含量为80%左右，玻璃粉在 3%-5%，有机载体在20%左 右。具体比例需要根据功能材料的情况而定。下面的配比是文献中查到的比例。无铅导电银浆配方最佳质量分数w（银粉）72%, w（玻璃粉）3%
11、和w（有机载体）25%电阻粉料与有机载体按质量比75 : 25混合。氧化锌：有机载体=7：3。制备方法ZnO气敏浆料的固体含量和有机载体的质量比为7:3，采用球磨机球磨5小时制备而成。 有机载体以松油醇、丁基卡必醇醋酸醋和邻苯二甲酸二丁酷按照6:3:1的比例配制的混合溶剂, 4wt.%乙基纤维素为增稠剂，lwt.%1，4-丁内醋为流变剂，分别研究加入触变剂（氢化蓖麻油）、 表面活性剂（司班 85）后浆料的流变特性和印刷的工艺性能（参考文献方法）。本实验室采用方法： 将玛瑙研钵用去离子水洗涤干净，再用电吹风吹干，然后取功能材料少许，放入玛瑙研 钵中将其研碎（研磨0.51h）,向样品中滴加有机载体
12、并研磨至粘度合适的浆料（研磨0.51h）。4、陶瓷管的清洗（1）将气敏管芯放入盛有去离子水的烧杯中，用超声波清洗10min。（2）将气敏管芯放入盛有适量丙酮的广口瓶中，清洗10min。（3）与上步相同，再用乙醇超声波清洗10min（4）将清洗好的气敏管芯放置于洁净环境中晾干或置于洁净容器内于烘箱中在80C下 烘干 30min 左右。5、涂抹及烘干将调制好的电子浆料均匀涂抹在气敏管芯的陶瓷管上，并将电极引线作为 4个脚，立于 点滴板上（注意，应将点滴板的穴位进行编号），室温放置2030min后，于150200度烘箱 内烘干20min，然后再于高温马弗炉内，200300度烘干20min，700度烧结2小时。烧结温度一般高于玻璃粉的融化温度约 100度。6、焊接 取出元件，将其焊接在六脚支架上，然后将电阻丝穿入空心陶瓷管中。焊接时，先用氯 化锌溶液涂在支架焊接部位（用于除去表面氧化层），旋即用锡将其焊接在支架上，并将长出 的铂丝剪去。7、老化将元件插在电路板上于 5伏电压下老化 5-10天。
