JPS6213620B2 - - Google Patents
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- JPS6213620B2 JPS6213620B2 JP49125006A JP12500674A JPS6213620B2 JP S6213620 B2 JPS6213620 B2 JP S6213620B2 JP 49125006 A JP49125006 A JP 49125006A JP 12500674 A JP12500674 A JP 12500674A JP S6213620 B2 JPS6213620 B2 JP S6213620B2
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- sensitivity
- sintered body
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はガス検知素子、特にスピネル型結晶構
造を有するガンマ型酸化第二鉄(γ―Fe2O3)焼
結体をガス感応体とする可燃性ガス検知素子に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a gas sensing element, particularly to a combustible gas sensing element using a gamma type ferric oxide (γ-Fe 2 O 3 ) sintered body having a spinel crystal structure as a gas sensitive body. It is something.
従来使用されている可燃性ガス検知素子として
は、酸化触媒たとえば白金黒を用いてこれに接触
する抵抗体で可燃性ガスの燃焼熱による温度上昇
を検知する方法、N型酸化物半導体を用いて、可
燃性ガスの接触による酸化物の酸化還元に対する
電気伝導度の変化を検知する方法、粉体の接触抵
抗が雰囲気により変化するのを検知する方法等が
知られている。 Conventionally used combustible gas detection elements include methods that use an oxidation catalyst, such as platinum black, to detect the temperature rise due to the heat of combustion of combustible gas with a resistor in contact with the oxidation catalyst, and methods that use an N-type oxide semiconductor. , a method of detecting a change in electrical conductivity of an oxide due to oxidation-reduction due to contact with a combustible gas, a method of detecting a change in contact resistance of powder depending on the atmosphere, etc. are known.
酸化触媒を用いる方法は、白金抵抗体またはサ
ーミスタにより温度変化を電気抵抗変化として検
知するのであるが、温度係数が小さいため、感度
が劣る。また厳密な温度制御を必要とする。粉体
の接触抵抗を利用する方法は、粉体粒子間の接触
電気抵抗変化を検知する方法であるが、粒子の接
触状態が容易に変化するため、安定性に劣る。N
型酸化物半導体を使用する方法はガス濃度に対す
る半導体の電気抵抗変化が大きく感度も高い。し
たがつて、温度変化に対しても酸化触媒を用いる
方法のような厳密な温度制御の必要もない。この
ことから素子の構成も簡略化される。 In the method using an oxidation catalyst, temperature changes are detected as changes in electrical resistance using a platinum resistor or thermistor, but the sensitivity is poor because the temperature coefficient is small. It also requires strict temperature control. A method using powder contact resistance is a method of detecting a change in contact electrical resistance between powder particles, but it is inferior in stability because the contact state of the particles easily changes. N
The method using a type oxide semiconductor has a large change in electrical resistance of the semiconductor with respect to gas concentration and is highly sensitive. Therefore, there is no need for strict temperature control in response to temperature changes as in the method using an oxidation catalyst. This also simplifies the structure of the element.
N型酸化物半導体のガス検知素子材料として、
SnO2,ZnO,CdO,TiO2,Fe2O2,WO3,MoO3
等が知られている。SnO2を用いた検知素子は感
度は大きいけれども、温度特性、経時変化、寿命
等の点で実用上の要請を完全に満したものではな
い。ZnO,CdOは感度が小さく、実用性に欠け
る。TiO2,Fe2O3,WO3,MoO3等はほとんど感
度がなく、現在までガス検知材料となつていな
い。 As an N-type oxide semiconductor gas sensing element material,
SnO 2 , ZnO, CdO, TiO 2 , Fe 2 O 2 , WO 3 , MoO 3
etc. are known. Although sensing elements using SnO 2 have high sensitivity, they do not completely meet practical requirements in terms of temperature characteristics, changes over time, lifespan, etc. ZnO and CdO have low sensitivity and lack practical use. TiO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , MoO 3 and the like have almost no sensitivity and have not been used as gas detection materials to date.
以上の3種の方法のうち、たとえばN型半導体
材料を粉体とし、その接触抵抗の変化により、ガ
スを検知する素子を作製することもできる。それ
は、たとえばSnO2の粉末を電極間に塗布するこ
とで実現でき、SnO2の可燃性ガスに対する高感
度な電気抵抗変化と、粉体の接触抵抗変化との相
乗効果によつて、より感度の高い可燃性ガス検知
素子を構成できる。しかし、粉末粒子の接触状態
が変化しやすいことから、安定性に劣ること、
SnO2自体の経時変化、温度特性変化による可燃
性ガスに対する感応特性の劣化により、ガス検知
素子として充分ではない。 Among the above three methods, it is also possible to produce an element that detects gas by using powdered N-type semiconductor material and changing its contact resistance. This can be achieved, for example, by applying SnO 2 powder between the electrodes, and the synergistic effect of SnO 2 's highly sensitive electrical resistance change to combustible gas and the powder's contact resistance change results in even more sensitivity. A highly combustible gas detection element can be constructed. However, the contact state of powder particles tends to change, resulting in poor stability.
SnO 2 itself is not sufficient as a gas detection element due to deterioration of its sensitivity to combustible gases due to changes in its temperature characteristics.
本発明は、酸化第二鉄のひとつの結晶相である
スピネル型の結晶構造を有するγ―Fe2O3に顕著
なガス感応特性を見い出したことによりなされた
ものであり、このγ―Fe2O3の焼結体をガス感応
体として用いることにより、高感度でかつ安定な
ガス感応特性を有するガス検知素子を提供するも
のである。 The present invention was achieved by discovering remarkable gas-sensitive characteristics in γ-Fe 2 O 3 , which has a spinel crystal structure, which is one of the crystal phases of ferric oxide . By using a sintered body of O 3 as a gas sensitive body, a gas sensing element having high sensitivity and stable gas sensitive characteristics is provided.
次に実施例を挙げて具体的に説明する。 Next, a concrete explanation will be given with reference to examples.
〔実施例 1〕
第1図a,bに示すように、アルミナ磁器板
(寸法10mm×30mm×1mm)1の表面に焼付用の銀
ペースト(焼結温度が高いときには金、白金、銀
―パラジウム等のペーストでもよい)を0.5mm間
隔をもつ櫛形のパターンに印刷し、800℃の温度
で焼付けた。この焼付電極2の上にα―Fe2O3
(粒径0.1μm)をポリビニルアルコール2%水溶
液でペースト状に練つたものを厚さ0.1mmで塗布
した。これを60℃で3時間、100℃で1時間、ひ
び割れを作らぬように注意して乾燥させてから、
700〜1300℃で1〜10時間空気中または酸素中で
焼結した。このように焼結したα―Fe2O3は、温
度が高い場合には半導体化が進み、外観は黒色金
属光沢をもつ。電気抵抗を測定すると、1〜1012
Ωと半導体化の程度によつて広い範囲にわたる。
X線回折によりこれらはすべてα―Fe2O3である
ことが確認された。[Example 1] As shown in Figures 1a and b, a silver paste for baking (when the sintering temperature is high, gold, platinum, silver-palladium etc.) was printed in a comb-shaped pattern with intervals of 0.5 mm and baked at a temperature of 800°C. α-Fe 2 O 3 on this baked electrode 2
(particle size: 0.1 μm) was kneaded into a paste with a 2% aqueous solution of polyvinyl alcohol and applied to a thickness of 0.1 mm. After drying this at 60℃ for 3 hours and at 100℃ for 1 hour, being careful not to create any cracks,
Sintering was carried out at 700-1300°C for 1-10 hours in air or oxygen. When the temperature is high, α-Fe 2 O 3 sintered in this way becomes more semiconductive and has a black metallic luster in appearance. When measuring electrical resistance, it is 1 to 10 12
There is a wide range depending on Ω and the degree of semiconducting.
All of these were confirmed to be α-Fe 2 O 3 by X-ray diffraction.
これを200〜450℃で飽和水蒸気を含む水素ガス
流下で10〜60分間還元した。この操作によつてα
―Fe2O3は、半導体化していると否とにかかわら
ずすべてFe3O4に変化した。水蒸気が存在しない
かまたは少量であるとFeOが同時に生成するの
で、還元処理に注意を要する。温度がより高くな
つても同様である。 This was reduced at 200-450°C under a flow of hydrogen gas containing saturated steam for 10-60 minutes. By this operation, α
- All Fe 2 O 3 changed to Fe 3 O 4 regardless of whether it was converted into a semiconductor or not. If water vapor is absent or in a small amount, FeO will be generated at the same time, so care must be taken in the reduction process. The same goes for higher temperatures.
次にFe3O4化した素子を、150〜400℃で空気中
で加熱処理することにより、γ―Fe2O3焼結体3
を得た。なお、高温または急激な酸化(高酸素圧
下での酸化や酸化剤の共存など)はα―Fe2O3の
生成を促進することになるので、上記の加熱処理
工程においては400℃以下の温度で徐々に加熱し
ていく必要がある。 Next, the Fe 3 O 4 element is heat-treated in air at 150 to 400°C to form a γ-Fe 2 O 3 sintered body 3.
I got it. Note that high temperature or rapid oxidation (such as oxidation under high oxygen pressure or coexistence of an oxidizing agent) will promote the formation of α-Fe 2 O 3 , so in the above heat treatment process, the temperature should not be lower than 400 °C. You need to heat it up gradually.
以上の処理により、アルミナ磁器基板1上の一
対の電極2―2間にγ―Fe2O3の焼結体3から成
るガス感応体を形成することができる。 Through the above process, a gas sensitive body made of the sintered body 3 of γ-Fe 2 O 3 can be formed between the pair of electrodes 2-2 on the alumina ceramic substrate 1.
アルミナ基板1において、γ―Fe2O3焼結体3
を形成したとは反対側の面に白金抵抗発熱体4を
無機接着剤で貼り付け、これらアルミナ基板1,
γ―Fe2O3焼結体3、発熱体4に接触しないよう
に全体を100メツシユの保護用の金網5で被覆し
た。更に、電極から外部へリード線を出して抵抗
計に接続した後、発熱体に電流を流して温度を
(270℃±1℃)に保持した。 In the alumina substrate 1, the γ-Fe 2 O 3 sintered body 3
A platinum resistance heating element 4 is pasted with an inorganic adhesive on the side opposite to that on which the alumina substrate 1,
The entire body was covered with a 100-mesh protective wire mesh 5 so as not to come into contact with the γ-Fe 2 O 3 sintered body 3 and the heating element 4. Further, a lead wire was taken out from the electrode and connected to a resistance meter, and then a current was passed through the heating element to maintain the temperature at (270°C±1°C).
この条件で空気中で電気抵抗を測定した結果、
(350±5)KΩであり、プロパンガス1容量%を
含む空気中で測定した結果は(6.2±0.2)KΩで
あつた。この測定を5日おきに10回づつ100日間
行なつた結果を第3図に示す。初期の変動を除け
ばほとんど経時変化を起していない。しかもガス
感度は50倍以上もの値を有しており、感度、安定
性共に極めて優れているものであることがわか
る。 As a result of measuring electrical resistance in air under these conditions,
(350±5) KΩ, and the result of measurement in air containing 1% by volume of propane gas was (6.2±0.2) KΩ. This measurement was carried out 10 times every 5 days for 100 days and the results are shown in Figure 3. Except for initial fluctuations, there are almost no changes over time. Moreover, the gas sensitivity is more than 50 times higher, indicating that both sensitivity and stability are extremely excellent.
〔実施例 2〕
α―Fe2O3の粉末(200メツシユ)にポリビニ
ルアルコール1%水溶液を0.1c.c./gの割合で添
加し、メノウ乳鉢で混合した後20mm×50mm×2mm
の寸法に加圧成型した。これを800℃〜1000℃3
時間酸素雰囲気中で焼成して、第2図に示すよう
なα―Fe2O3の焼結体板11を作製した。外観は
赤黒色である。温度が高いと半導体化し、外観は
黒色金属光沢を呈する。これは電気抵抗が低くガ
ス検知素子基板として適当ではない。このα―
Fe2O3の焼結体板11を20mm×10mm×1mmの寸法
に切断し、この上に実施例1と同じようにして、
銀などの電極12を櫛形に印刷焼付した。次に還
元処理してFe3O4を作り、これを緩慢な酸化でγ
―Fe2O3層13を作つた。この過程は実施例1と
同様であるが、還元は焼結体表面から深さ10μm
程度まで行なわれるように、還元時間を調整し
た。この調整で感度が決定する。還元時間は350
℃,10〜15分間が適当である。[Example 2] A 1% polyvinyl alcohol aqueous solution was added to α-Fe 2 O 3 powder (200 mesh) at a rate of 0.1 cc/g, mixed in an agate mortar, and then 20 mm x 50 mm x 2 mm.
It was pressure molded to the dimensions of . Heat this to 800℃~1000℃3
By firing in an oxygen atmosphere for several hours, a sintered plate 11 of α-Fe 2 O 3 as shown in FIG. 2 was produced. The appearance is red and black. When the temperature is high, it becomes a semiconductor and has a black metallic luster in appearance. This has low electrical resistance and is not suitable as a gas sensing element substrate. This α-
A sintered body plate 11 of Fe 2 O 3 was cut into a size of 20 mm x 10 mm x 1 mm, and a layer was placed on it in the same manner as in Example 1.
An electrode 12 made of silver or the like was printed and baked into a comb shape. Next, reduction treatment produces Fe 3 O 4 , which is then slowly oxidized to γ
- Created Fe 2 O 3 layer 13. This process is the same as in Example 1, but the reduction is carried out at a depth of 10 μm from the surface of the sintered body.
The reduction time was adjusted so that the reduction was carried out to the extent possible. This adjustment determines the sensitivity. Reduction time is 350
°C for 10 to 15 minutes is appropriate.
γ―Fe2O3層13が厚いと表面の電気抵抗変化
の素子の電気抵抗への寄与が小さくなり、感度が
小さくなる。もつとも、焼結体11全体をγ―
Fe2O3としても、感度は上述の場合よりも小さく
なるものの、実用上何ら問題になるものではな
い。一方、この層13が薄すぎると、素子の電気
抵抗が高くなり、さらに安定性に欠けるようにな
る。 When the γ-Fe 2 O 3 layer 13 is thick, the contribution of changes in surface electrical resistance to the electrical resistance of the element becomes smaller, resulting in lower sensitivity. However, the entire sintered body 11 is γ-
Even if Fe 2 O 3 is used, the sensitivity will be lower than in the above case, but this will not pose any practical problem. On the other hand, if this layer 13 is too thin, the electrical resistance of the device will be high and it will also lack stability.
素子の構成は実施例1と同様に、白金抵抗発熱
体14を配し、金網15で囲つた。測定条件も同
様とした結果を第4図に示す。同図に示されてい
る様に、実施例1の場合と同様、感度、安定性共
に極めて優れた特性を示している。またこの実施
例は、基板とγ―Fe2O3との接着性が非常に優れ
ており、長期の使用に耐えうる。 The structure of the element was the same as in Example 1, in which a platinum resistance heating element 14 was arranged and surrounded by a wire mesh 15. The results are shown in FIG. 4 under the same measurement conditions. As shown in the figure, as in Example 1, both sensitivity and stability are extremely excellent. Furthermore, this example has very good adhesion between the substrate and γ-Fe 2 O 3 and can withstand long-term use.
なお、γ―Fe2O3に添加物を加えて、その感
度、安定性等の性質をコントロールし得ることは
言うまでもないことである。 It goes without saying that by adding additives to γ-Fe 2 O 3 , its properties such as sensitivity and stability can be controlled.
以上述べた様に、本発明は顕著なガス感応特性
を示すγ―Fe2O3を焼結体とし、これをガス感応
体として用いるものであり、感度、安定性共に極
めて優れた特性を有するガス検知素子を提供でき
るため、その実用上の価値は大なるものがある。 As described above, the present invention uses a sintered body of γ-Fe 2 O 3 , which exhibits remarkable gas-sensitive characteristics, as a gas-sensitive material, and has extremely excellent characteristics in both sensitivity and stability. Since it can provide a gas detection element, it has great practical value.
第1図a,bは本発明にかかるガス検知素子の
一実施例を示す断面図と一部分を破断した平面
図、第2図は本発明の他の実施例の断面図、第3
図および第4図はそれぞれ第1図、、第2図に示
す構成のガス検知素子の特性の経時変化を示す図
である。
1……アルミナ磁器板、2……電極、3……γ
―Fe2O3焼結体、4……白金抵抗発熱体、5……
金網、11……α―Fe2O3焼結体板、12……電
極、13……γ―Fe2O3層、14……白金抵抗発
熱体、15……金網。
1A and 1B are a cross-sectional view and a partially cutaway plan view showing one embodiment of a gas detection element according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention, and FIG.
4 and 4 are diagrams showing changes over time in the characteristics of the gas detection element having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, respectively. 1... Alumina porcelain plate, 2... Electrode, 3... γ
-Fe 2 O 3 sintered body, 4...Platinum resistance heating element, 5...
Wire mesh, 11...α-Fe 2 O 3 sintered body plate, 12... Electrode, 13... γ-Fe 2 O 3 layer, 14... Platinum resistance heating element, 15... Wire mesh.
Claims (1)
分として含む焼結体を用い、可燃性ガスの接触に
よる前記ガス感応体の電気伝導度の変化を検出し
て可燃性ガスを検知するように構成してなるガス
検知素子。1. A sintered body containing gamma-type ferric oxide as a main component is used as a gas sensitive body, and a combustible gas is detected by detecting a change in electrical conductivity of the gas sensitive body due to contact with a flammable gas. A gas detection element consisting of:
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49125006A JPS5150788A (en) | 1974-10-29 | 1974-10-29 | Gasukenchisoshi |
| US05/618,680 US3999947A (en) | 1974-10-11 | 1975-10-01 | Reducing gas sensor and a method of producing the same |
| GB41485/75A GB1502844A (en) | 1974-10-11 | 1975-10-09 | Gas sensors |
| DE2545473A DE2545473C3 (en) | 1974-10-11 | 1975-10-09 | Reducing gas sensor and process for its manufacture |
| FR7531186A FR2287697A1 (en) | 1974-10-11 | 1975-10-10 | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF REDUCING GAS DETECTORS AND NEW PRODUCTS THUS OBTAINED |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49125006A JPS5150788A (en) | 1974-10-29 | 1974-10-29 | Gasukenchisoshi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5150788A JPS5150788A (en) | 1976-05-04 |
| JPS6213620B2 true JPS6213620B2 (en) | 1987-03-27 |
Family
ID=14899528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP49125006A Granted JPS5150788A (en) | 1974-10-11 | 1974-10-29 | Gasukenchisoshi |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5150788A (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5132692A (en) * | 1974-09-13 | 1976-03-19 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Kanenseigasukenchisoshi |
-
1974
- 1974-10-29 JP JP49125006A patent/JPS5150788A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5150788A (en) | 1976-05-04 |
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