一种热导型氢气传感器陶瓷芯片及其制备方法与流程

本申请涉及气体传感，特别涉及一种热导型氢气传感器陶瓷芯片及其制备方法。

背景技术：

1、氢气泄漏和爆炸是引起安全事故的重要原因之一，需要对氢气使用环境中的氢气浓度进行检测并对其泄漏进行监测。氢气传感器是氢气浓度测量的重要装置，包括半导体氢气传感器、电化学氢气传感器和热导型氢气传感器，其中，热导型氢气传感器依靠氢气热导率大的性质来进行检测，在高温条件下的应用较为广泛。

2、现有技术中，中国专利cn117969610a公开了高温环境适用的热导型氢气传感器、使用方法及制备方法，所述传感器包括：基底、内部铂材料层和表面铂材料层；所述内部铂材料层嵌入所述基底的内部；所述表面铂材料层覆盖在所述基底的表面；所述表面铂材料层的首端采用毛细结构；所述毛细结构部分的下侧还设置有网栅结构。

3、然而，上述现有技术仅通过铂材料的电阻值来确定氢气浓度，缺乏对比参照，氢气浓度的测量精度较差。

技术实现思路

1、本申请提供了一种热导型氢气传感器陶瓷芯片及其制备方法，用以解决现有的热导型氢气传感器技术中氢气浓度的测量精度较差的问题。

2、一方面，本申请提供了一种热导型氢气传感器陶瓷芯片，包括：从上而下依次叠压的第一层陶瓷膜片、第二层陶瓷膜片、第三层陶瓷膜片、第四层陶瓷膜片、第五层陶瓷膜片和第六层陶瓷膜片。

3、所述第一层陶瓷膜片的上表面设置有上电极。

4、所述第二层陶瓷膜片的上表面和下表面均设置有凹槽，所述第二层陶瓷膜片通过凹槽分别与所述第一层陶瓷膜片、所述第三层陶瓷膜片形成上狭缝和下狭缝。

5、所述第二层陶瓷膜片加工有与所述上狭缝、所述下狭缝连通的气体测量腔室。

6、所述气体测量腔室的上表面和下表面分别设置有第一内电极和第二内电极。

7、所述第四层陶瓷膜片加工有对比通道，所述第五层陶瓷膜片的上表面设置有对比电极，所述对比电极通过所述对比通道连通对比气体。

8、所述上电极、所述第一内电极、所述第二内电极串联。

9、在一种可能的实现方式中，所述第一层陶瓷膜片、所述第二层陶瓷膜片、所述第三层陶瓷膜片、所述第四层陶瓷膜片、所述第五层陶瓷膜片和所述第六层陶瓷膜片均采用氧化铝陶瓷材料。

10、在一种可能的实现方式中，所述第一层陶瓷膜片、所述第二层陶瓷膜片、所述第三层陶瓷膜片、所述第四层陶瓷膜片、所述第五层陶瓷膜片和所述第六层陶瓷膜片均采用流延成型工艺制备，流延厚度均处于100-500μm范围内。

11、在一种可能的实现方式中，所述第五层陶瓷膜片与所述第六层陶瓷膜片之间设置有加热电极，所述第六层陶瓷膜片的下表面设置有下引脚电极。

12、所述加热电极与所述下引脚电极串联。

13、在一种可能的实现方式中，所述加热电极采用铂材料。

14、在一种可能的实现方式中，所述上电极采用多孔外电极或上引脚电极。

15、所述多孔外电极、所述第一内电极、所述第二内电极、所述对比电极均采用多孔铂材料。

16、在一种可能的实现方式中，所述上狭缝的长度为2-10mm，宽度为陶瓷芯片宽度的1/3至2/3，厚度为8-15μm。

17、所述下狭缝的长度为2-10mm，宽度为陶瓷芯片宽度的1/3至2/3，厚度为10-20μm。

18、另一方面，本申请提供了一种热导型氢气传感器陶瓷芯片的制备方法，包括以下步骤：

19、步骤一，向陶瓷粉体中加入粘接剂、增塑剂、分散剂、消泡剂、有机溶剂，混合球磨均匀后得到混合浆料。

20、步骤二，将所述混合浆料放入流延机进行流延成型，得到膜带。

21、步骤三，将所述膜带根据设计要求裁切成相应尺寸的膜片，在裁切好的膜片上根据图纸要求进行打孔，并采用印刷网板根据设计要求进行印刷。

22、步骤四，将印刷好的膜片按次序层叠并包封成巴块，将所述巴块放入等静压机压合，等静压机的水温为50-80℃。

23、步骤五，将压合好的巴块切割成生坯片，放入烧结炉中在1400-1600℃进行脱脂烧结，形成热导型氢气传感器陶瓷芯片。

24、步骤四中，所述巴块包括：从上而下依次叠压的第一层陶瓷膜片、第二层陶瓷膜片、第三层陶瓷膜片、第四层陶瓷膜片、第五层陶瓷膜片和第六层陶瓷膜片；所述第一层陶瓷膜片的上表面设置有上电极；所述第二层陶瓷膜片的上表面和下表面均设置有凹槽，所述第二层陶瓷膜片通过凹槽分别与所述第一层陶瓷膜片、所述第三层陶瓷膜片形成上狭缝和下狭缝；所述第二层陶瓷膜片加工有与所述上狭缝、所述下狭缝连通的气体测量腔室；所述气体测量腔室的上表面和下表面分别设置有第一内电极和第二内电极；所述第四层陶瓷膜片加工有对比通道，所述第五层陶瓷膜片的上表面设置有对比电极，所述对比电极通过所述对比通道连通对比气体；所述上电极、所述第一内电极、所述第二内电极串联。

25、本申请中的一种热导型氢气传感器陶瓷芯片及其制备方法，具有以下优点：

26、通过设置气体测量腔室和对比通道，通过测量上电极、第一内电极、第二内电极的电阻，并与对比电极的电阻进行比较，可得到待测气体中的氢气浓度，提高了测量精度。

27、提出的第一层陶瓷膜片、第二层陶瓷膜片、第三层陶瓷膜片、第四层陶瓷膜片、第五层陶瓷膜片和第六层陶瓷膜片均采用氧化铝陶瓷材料，氧化铝陶瓷材料具有高绝缘性、高导热性和耐高温性，可有效防止氢原子渗透到对比通道中，确保了测量精度。

28、提出的加热电极，加热电极采用铂材料，通过对加热电极的电阻进行设计可以满足热导型氢气传感器陶瓷芯片在高温环境下的使用要求，确保传感器整体维持在一个恒定的温度，即便在外界环境温度波动的情况下，也能保持其检测性能的稳定性和精确性，同时延长了使用寿命。

29、提出的多孔外电极、第一内电极、第二内电极、对比电极均采用多孔铂材料，大幅增加了多孔外电极、第一内电极、第二内电极与待测气体的接触面积，以及增加了对比电极与对比气体的接触面积，提高了检测灵敏度和响应速度，当氢气浓度较低时也能保证测量精度。

30、提出的上狭缝的长度为2-10mm，宽度为陶瓷芯片宽度的1/3至2/3，厚度为8-15μm，下狭缝的长度为2-10mm，宽度为陶瓷芯片宽度的1/3至2/3，厚度为10-20μm，通过对上狭缝、下狭缝的长度、宽度、厚度在限定范围内进行设置，可有效控制待测气体进入气体测量腔室的含量和流速，从而达到准确测量氢气浓度，提高了测量精度。

技术特征：

1.一种热导型氢气传感器陶瓷芯片，其特征在于，包括：从上而下依次叠压的第一层陶瓷膜片、第二层陶瓷膜片、第三层陶瓷膜片、第四层陶瓷膜片、第五层陶瓷膜片和第六层陶瓷膜片；

2.根据权利要求1所述的一种热导型氢气传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述第一层陶瓷膜片、所述第二层陶瓷膜片、所述第三层陶瓷膜片、所述第四层陶瓷膜片、所述第五层陶瓷膜片和所述第六层陶瓷膜片均采用氧化铝陶瓷材料。

3.根据权利要求2所述的一种热导型氢气传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述第一层陶瓷膜片、所述第二层陶瓷膜片、所述第三层陶瓷膜片、所述第四层陶瓷膜片、所述第五层陶瓷膜片和所述第六层陶瓷膜片均采用流延成型工艺制备，流延厚度均处于100-500μm范围内。

4.根据权利要求1所述的一种热导型氢气传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述第五层陶瓷膜片与所述第六层陶瓷膜片之间设置有加热电极，所述第六层陶瓷膜片的下表面设置有下引脚电极；

5.根据权利要求4所述的一种热导型氢气传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述加热电极采用铂材料。

6.根据权利要求1所述的一种热导型氢气传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述上电极采用多孔外电极或上引脚电极；

7.根据权利要求1所述的一种热导型氢气传感器陶瓷芯片，其特征在于，所述上狭缝的长度为2-10mm，宽度为陶瓷芯片宽度的1/3至2/3，厚度为8-15μm；

8.如权利要求1至7任一项所述的一种热导型氢气传感器陶瓷芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种热导型氢气传感器陶瓷芯片及其制备方法，涉及气体传感技术领域，其中芯片包括：从上而下依次叠压的六层陶瓷膜片；第一层陶瓷膜片的上表面设置有上电极；第二层陶瓷膜片分别与第一层陶瓷膜片、第三层陶瓷膜片形成上狭缝和下狭缝，第二层陶瓷膜片加工有气体测量腔室；气体测量腔室的上表面和下表面分别设置有第一内电极和第二内电极；第四层陶瓷膜片加工有对比通道，第五层陶瓷膜片的上表面设置有对比电极。本申请通过设置气体测量腔室和对比通道，通过测量上电极、第一内电极、第二内电极的电阻，并与对比电极的电阻进行比较，可得到待测气体中的氢气浓度，提高了测量精度。

技术研发人员：张苗化,陈昱,赵鹏,付妍博,黄正林,窦培谦,钱璐,张婷
受保护的技术使用者：西安创研电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/31