專利名稱：一種新型氣相色譜檢測器的制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體敏感元件的制備工藝，具體為一種新型氣相色譜檢測器的制備工藝。
背景技術：
近年來，隨著石油化工、電力系統、環境監測及保護等行業的發展，其對常見的可燃性氣體，如氫氣(H2)，一氧化碳(CO)，甲醛(HCHO)，甲烷(CH4)，乙烯(C2H4)，乙烷(C2H6)，乙炔(C2H2)，丙烷(C3H8)等氣體監測的需求越來越大。由于常見的單組分可燃氣檢測器存在靈敏度低、交叉敏感等缺陷，對于需要監測多組分混合可燃氣的場合，目前業界普遍采用的是先分離后檢測的氣相色譜法進行檢測。在氣相色譜技術中，檢測器技術是其核心與關鍵技術，檢測器技術水平的高低直接決定了氣相色譜分析水平的高低。目前，對于上述常見可燃氣體的分析，以熱導檢測器(Thermal Conduct Detector，TCD)和氫離子火焰檢測器(Flame Ionization Detector,FID)的應用最為廣泛。TCD屬于廣譜型氣相色譜檢測器。由于TCD 是利用被分析氣體與載氣的熱導系數的差異來進行檢測，所以理論上，對于上述所有氣體， TCD均有響應，但由于不同氣體的熱導系數差別較小，故其靈敏度受到了限制，只適合進行百分比級的常量分析。如以常見氣體N2做載氣時，故除了與N2熱導系數相差較大的H2夕卜， TCD對其他氣體的靈敏度均較低，所以分析其他碳氫化合物時，一般配套選擇FID來進行檢測。FID是1958年Mewillan和Harley等人研制成功，它是以氫氣和空氣燃燒生成的火焰為能源，當有機化合物進入以氫氣和氧氣燃燒的火焰時，在高溫下產生化學電離，電離產生的離子在高壓電場的定向作用下形成離子流，離子流信號與進入火焰的有機化合物量成正比，因此可以根據離子流的大小對有機物進行定量分析，其對常見的烴類，如CH4, C2H4，C2H6， C2H2，C3H8等，靈敏度較高。對于CO氣體，FID不能直接檢測，需要附加轉化裝置，將其轉化為烴類后進行檢測。FID的缺點是需要氮氣，氫氣，空氣三種氣源及其流速控制系統，不適合進行在線應用，也不合適應用于對防爆有嚴格要求的場合。隨著上述監測領域的發展，傳統的實驗室氣相色譜儀正向著便攜式、在線式和高靈敏的方向發展。由于上述傳統氣相色譜檢測器在性能、精度、在線化等方面存在的不足， 研究和開發新型的精度高、穩定性好、壽命長、適合在線應用的可燃氣氣相色譜檢測器變得越來越重要。

發明內容
本發明所解決的技術問題在于提供一種新型氣相色譜檢測器的制備工藝，以解決上述背景技術中的缺點。本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現本發明采用注漿成型制備檢測器本體，通過球磨、加分散劑、脫泡等工藝減小粉末粒度、增加成品致密度。本發明工藝和設備簡單，生坯的成品率高，適合進行中小批量生產。本發明以(3 5) % moISc2O3和8% mol Y2O3穩定的^O2 (Sc摻雜8YSZ)粉末作為原料，平均粒度d(0.5)為0.7ym;同時加入阿拉伯樹膠作為分散劑與粘接劑。經過本發明的工藝過程，制成用于檢測可燃氣體含量的檢測器本體，檢測器本體呈圓筒形，筒的底面開口，頂端呈圓滑的封閉球冠形。
本發明的目的通過如下技術方案實現
一種新型可燃氣氣相色譜儀檢測器的制備工藝，包括以下步驟
第一步石膏模的制備將β -半水石膏粉按膏水比(1. 1 1. 3) 1與水混合， 攪拌均勻得到石膏漿料；將石膏漿料脫泡處理后迅速倒入石膏母模具中固化；脫模烘干后得到用于注漿成型的石膏模具；
第二步檢測器基體的制備⑴將Sc摻雜8YSZ粉末與阿拉伯樹膠混合，以阿拉伯樹膠作分散劑與粘接劑，以蒸餾水為溶劑，放入球磨機中用鋯球球磨(30 60)分鐘， 過篩后進行抽真空脫泡處理得漿料，漿料中固相含量占(10 20) vol %，水占(90 80) V01%，阿拉伯樹膠占固相質量的(3.0 5.0)wt% ； (2)將制備好的漿料注入石膏?？涨恢?，靜置(5 10)分鐘后倒出剩余漿料，讓干涸層在石膏模中繼續干燥至與模體分開；將坯體取出后在(1200 1300) ！溫度下預燒結，冷卻后修坯，然后在(1500 1700) °C溫度下燒結制成檢測器基體；
第三步信號電極的制備用(5 10) % HF溶液浸泡檢測器基體(1 3)h，用水清洗干凈后將檢測器基體干燥微熱。將鉬電極漿料調節至適當的黏度，再用干凈、干燥的小毛筆將調好的漿料在檢測器基體的電極部位涂上均勻的薄層，放置10分鐘后用紅外燈烘干，如此涂覆2 3次后，于(900 1250) ！溫度下燒結制得成品。
本發明中，所述的脫泡處理包括加入0. 05 0. Iwt%的無水酒精消泡劑后，在真空度-(0. 04 0. 06)MPa條件下進行脫泡處理；所述的烘干是在室溫放置12 24h后在 50 60°C溫度下烘干。
本發明中，所述&摻雜8YSZ粉末為(3 5) % moBc203和8% Hion2O3穩定的粉末，&摻雜8YSZ粉末的粒徑d(0. 5)為0.7μπι;所述的阿拉伯樹膠添加量占干料重的(3. 0 5. 0) % ；所述的過篩是過400目篩；所述的抽真空脫泡處理包括加入0. 05 0. 的正丁醇消泡劑后，在真空度-0. IOMPa條件下進行脫泡處理。
本發明中，所述步驟( 是使用注射器將(1)中制備好的漿料注入石膏模空腔中。
本發明中，所述鉬電極漿料有效成份含量> 99. 9 %，漿料粒徑< 1 μ m,分散均勻。 所述調節黏度是滴加的試劑級松油醇。
本發明中，所述的石膏母模具為圓柱形，底部中央有可拆卸的打孔橡膠塞，橡膠塞密封固定住經鍍鉻處理的金屬模芯。
有益效果
本發明具有優異的靈敏度，在石油化工、電力系統、環境監測及保護等行業具有廣闊的市場前景。同時，本發明工藝和設備簡單，成品率高，適合進行批量生產。


圖1是本發明的制石膏模的母模具結構圖2是本發明的局部結構圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。參見圖1、圖2，模板1是兩端開口的圓柱筒形狀，橡膠塞5用于打孔，模芯2是長圓柱體，頂端呈球冠形，底板3中間開有圓洞。模板1與底板3通過螺釘4旋緊。模芯是經鍍鉻處理的，表面光滑而防腐。使用時，由于橡膠塞的存在，可將模芯上下移動或者更換直徑不同的模芯，便能方便的調整石膏模具空腔的長度和內徑大小，從而獲得不同規格的檢測器。本發明中，所述調漿料的&摻雜8YSZ粉末的粒徑d(0. 5)為0. 7 μ m。所述的阿拉伯樹膠添加量占干料重的(3.0 5.0)%。球磨后過400目篩以利于燒結后增強傳感器管的致密度。所述的抽真空脫泡處包括加入0. 05 0. Iwt %的正丁醇消泡劑后，在真空度-0. IOMPa條件下進行脫泡處理，脫泡是為了消除球磨攪拌過程中產生的氣泡，使傳感器
管更致密。加入阿拉伯樹膠作為分散劑與粘接劑是為了改善漿料的流動性和塑性，達到成型的目的。當分散劑含量少時漿料會沉積，隨著分散劑增加，漿料懸浮性、穩定性明顯增加，但分散劑加入過量時，漿料會產生絮凝，反而使漿料穩定性下降。實驗表明阿拉伯樹膠添加量在3. 0 5. 0%效果最好，具體用量還與球磨程度相關。球磨時間長短對漿料穩定性也有很大影響，時間短則漿料不能很好的分散，時間過長則會使漿料團聚。實驗表明球磨時間以 30 60分鐘為最佳，具體時間則與配方相關。用(5 10) % HF溶液浸泡檢測器基體(1 3)h是為了一、除去檢測器外表面上少量的石膏；二、輕微腐蝕檢測器的光滑內壁，使鉬電極能更好的附著在檢測器內表面。涂鉬漿料時僅涂一次則電極厚度不夠，實驗表明涂覆2 3次最好。實施例1調漿料的原料使用3%molSc203和8%mol ^O3穩定的&02粉末，平均粒度d(0. 5) 為0. 7μ m，同時加入阿拉伯樹膠作為分散劑與粘接劑，蒸餾水作為溶劑。漿料固相體積分數為ISvol%，阿拉伯樹膠添加量占干料重的3. 0%時，在球磨機中球磨30分鐘。將經過篩和真空脫泡處理的漿料倒入石膏模具中，靜置5. 5分鐘后倒出剩余漿料。再脫模將坯體取出后在1200°C溫度下預燒結，冷卻后修坯，然后在1600°C溫度下二次燒結制成長管式檢測器基體。將檢測器基體放入HF溶液溶液中浸泡后，再將其清洗干凈并干燥，用干凈、干燥的小毛筆將調好的鉬電極漿料在傳感器基體的電極部位涂上均勻的薄層，放置10分鐘后用紅外燈烘干，涂覆3次后在950°C溫度下燒結制得成品。經測定，該管壁厚0. 8mm，密度為 5.697Xl(fKg/m3。經掃描電鏡觀察其表面金屬顆粒較小，分布著大量微孔。實施例2調漿料的原料及步驟同實施例1。阿拉伯樹膠添加量占干料重的4%時，在球磨機中球磨50分鐘。注漿時間同實施例1，預燒和燒結溫度同實施例1。鉬電極在1200°C溫度下燒結。經測定密度為5. 716Xl(fKg/m3，經掃描電鏡觀察其表面金屬顆粒增大致密化，微孔尺寸增大數量減少。說明球磨時間增長能使原料顆粒粒徑更小。說明電極燒結溫度的升高，電極金屬晶粒逐步長大，促使電極表面孔洞直徑變大。實驗表明電極燒結溫度在(900 1250) °C效果最好。
實施例3
調漿料的原料及步驟同實施例1。阿拉伯樹膠添加量、球磨時間與注漿時間同實施例1。預燒溫度同實施例1，但燒結溫度為1400°c時，檢測器基體的密度為5. 133 X 103Kg/m3。 說明燒結溫度越高，檢測器基體的密度越大，致密性越好，但至1700°C時已完全能滿足本發明中所述的幾種應用要求，繼續升高溫度則會出現過燒現象，且高溫對設備的要求很高，成本也大為增加。
本發明的石膏母模結構簡單，易于調整石膏模具空腔的長度和內徑大小，以便根據實際需求生產不同尺寸的檢測器基體。
本發明的制備新型可燃氣氣相色譜儀檢測器的工藝流程簡單、易操作，整個工藝過程重復性好，可控性高，制石膏模具、制檢測器基體和燒結電極所需設備簡單，且成品率高，適于中小批量生產。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征及本發明的優點，本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內，本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種新型可燃氣氣相色譜儀檢測器的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟第一步石膏模的制備將β -半水石膏粉按膏水比(1. 1 1. 3) 1與水混合，攪拌均勻得到石膏漿料；將石膏漿料脫泡處理后迅速倒入石膏母模具中固化；脫模烘干后得到用于注漿成型的石膏模具；第二步檢測器基體的制備(1)將&摻雜8YSZ粉末與阿拉伯樹膠混合，以阿拉伯樹膠作分散劑與粘接劑，以蒸餾水為溶劑，放入球磨機中用鋯球球磨(30 60)分鐘，過篩后進行抽真空脫泡處理得漿料，漿料中固相含量占(10 20) vol %，水占(90 80) vol %， 阿拉伯樹膠占固相質量的(3.0 5.0)wt% ； (2)將制備好的漿料注入石膏?？涨恢?，靜置 (5 10)分鐘后倒出剩余漿料，讓干涸層在石膏模中繼續干燥至與模體分開；將坯體取出后在(1200 1300) ！溫度下預燒結，冷卻后修坯，然后在(1500 1700) °C溫度下燒結制成檢測器基體；第三步信號電極的制備用(5 10) % HF溶液浸泡檢測器基體(1 3) h，用水清洗干凈后將檢測器基體干燥微熱；將鉬電極漿料調節至適當的黏度，再用干凈、干燥的小毛筆將調好的漿料在檢測器基體的電極部位涂上均勻的薄層，放置10分鐘后用紅外燈烘干；如此涂覆2 3次后，于(900 1250) ！溫度下燒結制得成品。
2.根據權利要求1所述的一種新型可燃氣氣相色譜儀檢測器的制備工藝，其特征在于，所述的脫泡處理包括加入0. 05 0. Iwt %的無水酒精消泡劑后，在真空度-(0. 04 0. 06)MPa條件下進行脫泡處理；所述的烘干是在室溫放置12 24h后在50 60°C溫度下jys T O
3.根據權利要求1所述的一種新型可燃氣氣相色譜儀檢測器的制備工藝，其特征在于，所述Sc摻雜8YSZ粉末為(3 5) % moISc2O3和8% mol Y2O3穩定的ZrO2粉末，Sc摻雜 8YSZ粉末的粒徑d(0.幻為0. 7 μ m ；所述的阿拉伯樹膠添加量占干料重的(3. 0 5. 0) % ； 所述的過篩是過400目篩；所述的抽真空脫泡處理包括加入0. 05 0. Iwt %的正丁醇消泡劑后，在真空度-0. IOMPa條件下進行脫泡處理。
4.根據權利要求1所述的一種新型可燃氣氣相色譜儀檢測器的制備工藝，其特征在于，所述步驟( 是使用注射器將(1)中制備好的漿料注入石膏?？涨恢?。
5.根據權利要求1所述的一種新型可燃氣氣相色譜儀檢測器的制備工藝，其特征在于，所述的鉬電極漿料有效成份含量> 99. 9%，漿料粒徑< 1 μ m，分散均勻；所述調節黏度是滴加的試劑級松油醇。
6.根據權利要求1所述的一種新型可燃氣氣相色譜儀檢測器的制備工藝，其特征在于，所述的石膏母模具為圓柱形，底部中央有可拆卸的打孔橡膠塞，橡膠塞密封固定住經鍍鉻處理的金屬模芯。
全文摘要
本發明公開了一種新型可燃氣氣相色譜儀檢測器的制備工藝。工藝過程包括石膏模具的制備、檢測器基體的制備以及信號電極的制備。用特制的石膏母模具制備出用于成型的石膏模。在3％molSc2O3和8％mol Y2O3穩定的ZrO2(Sc摻雜8YSZ)原料粉末中加入阿拉伯樹膠，并加水、球磨制得漿料。真空脫泡處理后注入自制石膏模中，靜置(5～10)分鐘后倒出剩余漿料，在石膏?？涨粌刃纬蓹z測器坯體。脫模、預燒結、再燒結后制得檢測器基體。在燒成的基體上涂敷鉑電極漿料，并將電極在(900～1250)℃高溫下燒結制得成品。經測試，本發明方法制得的新型氣相色譜檢測器致密度高、抗裂韌性好，使用壽命長。
文檔編號G01N30/62GK102495160SQ201110361219
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者胡建良, 陳君 申請人:長沙駿姆測控設備有限公司