傳感器外表面的薄膜層形成方法及使用其制作的傳感器技術

本發明專利技術的目的是提供一種傳感器外表面的薄膜層形成方法，在測定含有熔融金屬、爐渣或氣體等的被測定對象物中含有的被測定元素的濃度時使用的傳感器表面上形成的薄膜層，其厚度薄、容易形成復雜的圖案形狀，并且可以均勻的配置圖案形狀，為達成此目的，是一種形成傳感器的薄膜層的方法，該傳感器由以下部分構成：作為具有內部空間成型體的固體電解質；填充所述內部空間內的基準物質；連接該基準物質并向內部空間的外面導出的基準電極；將以陶瓷粉末或金屬粉末為主成分的薄膜層形成在所述固體電解質的外表面上并使該外表面的一部分露出，該方法通過印刷形成該薄膜層。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及傳感器外表面的薄膜層形成方法及使用其制作的傳感器。
技術介紹
以制鐵業為代表的金屬精煉現場中，為了提高將其熔融成分的濃度精煉到管理基準值時的精度和精煉速度等，迅速測定作為管理精煉時熔融金屬中含有的氧、硅、磷等的濃度是必要的元素即被測定元素的濃度是非常重要的。因此，開發了使用電化學傳感器測定這些濃度的方法，在被測定對象物含有如熔融金屬等的電子導電性時，其基本的測定方法如圖7所示。圖7中51為傳感器、51c為基準電極、51d為基準電極導線、52為測定電極、52a為測定電極導線、53為測定儀器、54為熔融金屬等被測定對象物、55為收容被測定對象物54的鐵水罐等的耐火制品容器。作為該測定方法，通過在使用固體電解質的傳感器51界面上的電極反應，對應于被測定元素的濃度產生電動勢，用在測定電極52和基準電極51c之間插入的測定儀器53測定該電動勢，從而進行被測定元素濃度的測定。該測定方法是基于濃差電池的原理，對于固體電解質，使用具有被測定元素的離子導電性的物質。例如，測定熔鋼中的氧濃度時，一般使用氧離子導電體的氧化鎂部分穩定化氧化鋯固體電解質作為固體電解質。在該測定方法中使用的傳感器51，基本上如圖8(a)所示，由上述氧化鎂部分穩定化氧化鋯固體電解質的固體電解質51a、氧分壓已知的鉻與氧化鉻的混合粉末組成的基準物質51b、使用鉬線的基準電極51c、以及基準電極導線51d構成。此外，測定電極52使用鐵或鉬。煉鐵廠的煉鋼工廠中，多使用組合如上述構成的傳感器51、測定電極52以及熱電偶的一體化探測器。根據熔融金屬中被測定元素，在如圖8(a)所示的傳感器51的固體電解質51a的表面上形成薄膜層51e，使用如圖8(b)所示的傳感器51作為傳感器。該傳感器也是在被測定對象物為熔融金屬等的具有電子導電性時使用的傳感器，與測定電極52組合使用，與上述相同，用測定儀器53測定測定電極52與基準電極51c之間的電動勢，由此測定濃度。該傳感器中在固體電解質51a的表面上形成的薄膜層，一般稱為副電極，以下的情況以使用該傳感器為主。一般，作為被測定對象物的熔融金屬含有的被測定元素的濃度測定，作為如上所述的電化學傳感器，以采用濃差電池原理的傳感器為基礎，由此，作為固體電解質，從原則上講具有被測定元素的離子導電性的電解質是必要的。但是，被測定元素是金屬元素時，也有不使用具有被測定元素的離子導電性的電解質進行測定的方法，那是如日本國專利申請公開昭和61年第260155號公報所述，使用被用在氧傳感器中的鋯固體電解質作為電解質，通過熔融金屬中的被測定元素的氧化反應，在固體電解質一熔融金屬界面附近，由上述副電極使其氧化物的活度值成為一定值，由此測定熔融金屬的氧電位，即氧分壓，可以求得被測定元素的活度值的測定方法?；谠摲椒ǎ鳛閳D8(b)所示的傳感器51被使用的例子，例如，日本國專利申請公開平成5年第60726號公報所述，有作為被測定對象物54的熔融金屬中含有的Cr、Mn、Si、Al、P等的被測定元素的濃度測定。此時，使用以ZrO2為主成分的鋯固體電解質作為固體電解質51a，使用Cr與Cr2O3或Mo與MoO2的混合物作為基準物質51b，同時以含有上述被測定元素的氧化物的無機化合物作為主成分的混合氧化物組成的副電極設置在作為上述薄膜層51e的固體電解質51a的表面。該傳感器中，通過測定由作為被測定對象物的熔融金屬、副電極和固體電解質所形成的3相界面中平衡的氧分壓，進行上述被測定元素的濃度測定。因此，在該傳感器中，形成該3相界面非常重要，為形成該3相界面，將上述混合氧化物的副電極即薄膜層形成在固體電解質的表面上并使該表面的一部分露出是必要的。被測定對象物是不具有電子導電性的熔融氧化物的爐渣或氣體時，使用在如圖8(b)所示的傳感器51的薄膜層51e上連接薄膜層導線51f的如圖8(c)所示的傳感器51。該傳感器，在測定實際濃度時，不使用上述測定電極52，使用連接了薄膜層導線51f的薄膜層51e。該測定電極的薄膜層51e一般用鉑形成，作為測定原理是在熔融爐渣或氣相的被測定對象物、鋯固體電解質以及鉑制薄膜層的3相界面中，由鉑制薄膜層供給自由電子，引起電極反應，在基準電極51c與薄膜層導線51f之間產生電動勢，測定氧濃度。此時與上述相同，為形成該3相界面，將作為測定電極的薄膜層形成在固體電解質的表面上并使該表面的一部分露出是必要的。如上所述，作為在固體電解質的表面上形成的副電極或測定電極的薄膜層，目前，是用將上述混合氧化物等或鉑粉末等與有機溶劑等混合做成膏狀物，與例如日本專利申請公開昭和61年第260155號公報所述相同，在固體電解質的表面上涂敷成圓點狀或螺旋狀的方法，而形成的。但是，從提高濃度測定速度的觀點出發，優選多形成上述3相界面，為此，將由混合氧化物等組成的薄膜層形成在固體電解質的表面上并使該表面的一部分露出時，希望將其薄膜層的圖案形狀做成復雜深入的圖案，將膏狀的混合氧化物等做成如此復雜圖案，該涂敷是不容易的。此外，為了提高濃度測定的效率，希望盡可能均勻的配置上述圖案，通過涂敷實現上述配置是不容易的。此外，通過涂敷與有機溶劑混合的膏狀的混合氧化物的方法形成上述薄膜層，這樣薄膜層的厚度變厚，在使用如此制作的傳感器測定時，熔融金屬會形成相當高的溫度，有機溶劑溶解，由于涂敷的混合氧化物的自身重力作用，會產生薄膜層剝落等現象。
技術實現思路
本專利技術是為了解決上述問題，提供一種薄膜層形成方法，即使用于在熔融金屬、爐渣或氣體等的被測定對象物中包含的被測定元素的濃度測定的傳感器的表面上形成的薄膜層厚度薄，還容易形成復雜的圖案形狀，并且可以均勻配置圖案形狀，在傳感器外表面的薄膜層形成方法。本專利技術的傳感器薄膜層形成方法，其特征在于，由以下部分構成作為具有內部空間的成型體的固體電解質；填充在上述內部空間的基準物質；連接該基準物質并向上述內部空間外導出的基準電極；將以陶瓷或金屬粉末作為主要成分的薄膜層形成在上述固體電解質的外表面上并使該外表面的一部分露出，上述薄膜層通過印刷形成。此處，作為成型體，是指具有固體的形狀的物質，其制作方法沒有限定，使用成型用的金屬模具等的模具而成型的物質也不限定。上述傳感器的薄膜層形成方法中，可以將上述薄膜層表面的圖案形狀做成集合獨立的圖案的形狀，也可以做成連續的形狀。上述傳感器的薄膜層形成方法，對在上述薄膜層上連接薄膜層導線的傳感器也是適用的，由此，能夠適用于被測定對象物是沒有電子導電性的爐渣或氣體的傳感器。此外，上述傳感器的薄膜層形成方法中，上述印刷可以使用絲網印刷，或者，也可以使用移印刷(pad pringting)。此外，上述傳感器的薄膜層形成方法中，推薦上述薄膜層的厚度在500μm以下。此外，上述傳感器的薄膜層形成方法中，上述固體電解質的上述成型體，可以形成為一端閉管的筒狀塔曼管。本專利技術的傳感器，其特征在于由以下構成具有內部空間的成型體的固體電解質；填充在上述內部空間內的基準物質；連接該基準物質并向上述內部空間導出的基準電極；形成在上述固體電解質的外表面上并使該外表面的一部分露出的以陶瓷粉末或金屬粉末為主要成分的薄膜層，上述薄膜層通過印刷形成。上述傳感器中，可以將上述薄膜層的表面的圖案做成集合獨立的圖案的形狀，或者，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種傳感器的薄膜層形成方法，其特征在于，該傳感器由以下部分構成：作為具有內部空間的成型體的固體電解質；填充所述內部空間的基準物質；連接該基準物質并向所述內部空間的外面導出的基準電極；形成在所述固體電解質的外表面上并使該外表面的一部分露出的以陶瓷粉末或金屬粉末為主成分的薄膜層，所述薄膜層通過印刷形成。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：巖瀨正則，松下清，渡邊英樹，寺內幸生，小坂博昭，
申請(專利權)人：宮川化成工業株式會社，賀利氏電測騎士有限公司，
類型：發明
國別省市：JP[日本]