一种陶瓷厚膜压力传感器制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及压力传感器领域，包括以下制备步骤：（1）将陶瓷基座清洗干净；（2）将银钯导体浆料涂抹到丝网上，使用刮板均匀得印刷在陶瓷基座上，流平烘干；（3）将陶瓷基座放置于马弗炉中进行烧结，得到导体电极；（4）将厚膜电阻浆料印刷在导体电极上，流平烘干；（5）将烘干之后的印刷有厚膜电阻浆料的导体电极放置于马弗炉中进行烧结，得到陶瓷压阻式压力传感器，本发明专利技术制备得到的陶瓷厚膜压力传感器非线性误差小、重复性好、迟滞小。

Fabrication of a Ceramic Thick Film Pressure Sensor

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷厚膜压力传感器制备工艺
本专利技术涉及压力传感器领域，尤其涉及一种陶瓷厚膜压力传感器制备工艺。
技术介绍
陶瓷厚膜压力传感器芯体采用的为厚膜工艺，陶瓷厚膜压力传感器芯体采用厚膜工艺，通过在陶瓷弹性基体表面印制应变电桥电阻及温度、零位调整电路，实现压力检测。其基本结构是：在陶瓷弹性体上利用厚膜工艺制作四个厚膜应变电阻，厚膜应变电阻之间用厚膜导体浆料印烧的导带互连，构成惠斯通电桥。压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，利用应变电阻的压阻特性将外界压力的变化转化为电阻阻值的变化，通过惠斯通电桥再转化为电压信号的变化。即，当压力传感器不受压力时，应变电桥处于平衡状态，在电桥的另外两个相对外接电极端输出电压为零；当对传感器施加压力时，圆形膜片产生微量形变，使电桥的四个电阻的阻值发生变化，电桥处于不平衡态，其电压输出端输出与压力信号成精密线性关系的电压，此即为陶瓷厚膜压阻式压力传感器的工作原理可广泛用于气体、液体检测，特别适用于腐蚀性液体和气体检测。传感器上的陶瓷膜片，是惰性和化学中性，能直接与所有液体接触，甚至是腐蚀性液体，而不需要添加其他的隔离装置，然而现有技术中的陶瓷厚膜压力传感器非线性误差大，重复性差，且迟滞较大。例如，一种在中国专利文献上公开的“厚膜微压力传感器及制备方法”，其公告号CN1088512C，其公开了一种厚膜微压力传感器技术，采用Al2O3瓷加工成弹性膜片及瓷环，用玻璃浆料将其粘结烧结成周边固支的感压弹性体，在弹性体上按预定位置印刷烧结导电带，并在弹性体上通过厚膜丝网印刷，高温烧结制成厚膜应变电阻，接成全桥。然而该专利技术厚膜微压力传感器重复性较差，工艺较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是为了克服目前陶瓷厚膜压力传感器非线性误差大，重复性差，且迟滞较大等问题，提出了一种陶瓷厚膜压力传感器制备工艺。本专利技术的第二个目的是为了克服目前厚膜电阻浆料阻值较大，应变系数较低，且稳定性较差等问题，提出了一种厚膜电阻浆料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种陶瓷厚膜压力传感器制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：(1)将陶瓷基座清洗干净，烘干待用；(2)将银钯导体浆料进行搅拌后静置，随后将银钯导体浆料涂抹到丝网上，使用刮板均匀得印刷在陶瓷基座上，随后将印刷有银钯导体浆料陶瓷基座放置水平面，流平10-20min，并在140-170℃下烘10-20min；(3)将烘干之后的印刷有银钯导体浆料陶瓷基座放置于马弗炉中进行烧结，得到导体电极；(4)将厚膜电阻浆料进行搅拌后静置，随后涂抹到丝网上，使用刮板均匀得印刷在导体电极上，流平10-20min，并在140-170℃下烘10-20min；(5)将烘干之后的印刷有厚膜电阻浆料的导体电极放置于马弗炉中进行烧结，得到陶瓷压阻式压力传感器。作为优选，所述步骤(2)和步骤(4)中印刷时刮板移动速度为3-5cm/s，刮板与丝网的夹角为40-70°，丝网与陶瓷基座的间距为1-4mm。使用刮板进行印刷时，需要将丝网固定，然后通过刮板将浆料沿同一个方向单次印刷，而不可反复印刷，在印刷时，印刷速度、刮板与丝网的夹角、丝网与陶瓷基座的间距等都能够影响印刷后膜层的均匀性，将这些参数控制在上述数值范围内时，膜层更为均匀，且丝网与浆料的粘连现象少。作为优选，步骤(3)和步骤(5)中所述烧结温度条件为：以5-10℃/min的升温速率下升温至800-900℃，保持10-20min，随后自然降至室温。作为优选，所述厚膜电阻浆料的制备包括以下步骤：(1)在三氯化钌中加入去离子水，配置成0.1-0.15mol/L的三氯化钌溶液，随后加入碳纳米管，升温至50-80℃搅拌，随后逐滴滴入氢氧化钠溶液，继续搅拌陈化1-3h，随后离心洗涤，煅烧后得到氧化钌/碳纳米管复合材料；(1.1)将氧化钌粉末与氧化钌/碳纳米管复合材料混合制备得到导电相；(2)将CaO、B2O3、SiO2和ZrO2按配比加入至玛瑙球磨罐搅拌1-2h，随后置于坩埚中在1100-1400℃下熔炼1.5-2h，水淬后再进行球磨8-15h，制备得到无机粘结相；(3)将有机溶剂与增稠剂在60-80℃水浴下进行混合，搅拌至增稠剂完全溶解于有机溶剂中，随后加入表面活性剂、触变剂和流变剂，搅拌均匀，得到有机载体；(4)将二氧化硅颗粒置于无水乙醇中，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，在30-50℃下反应7-14h，离心烘干，得到氨基改性二氧化硅颗粒；随后将氨基改性二氧化硅颗粒分散至甲苯中，加入三乙胺，在0℃下氮气保护下搅拌1-2h后，加入2-溴异丁酰溴，随后搅拌反应10-15h，并离心干燥，得到溴改性二氧化硅颗粒；随后，将溴改性二氧化硅颗粒、六水合三氯化铁和三苯基膦分散于N,N-二甲基甲酰胺中，通过氩气置换之后，加入2-溴异丁酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯，搅拌混合，缓慢加入抗环血酸，在50-80℃下反应20-28h，离心洗涤干燥，得到聚丙烯酸树脂包覆二氧化硅；(4.1)将聚丙烯酸树脂包覆二氧化硅和氧化铅混合得到改性剂；(5)将导电相、无机粘结相混合研磨，随后置于有机载体，并加入改性剂，得到陶瓷压阻式压力传感器用厚膜电阻浆料。本专利技术中，导电相由氧化钌和氧化钌/碳纳米管复合材料组成，氧化钌/碳纳米管复合材料是将氧化钌负载于碳纳米管上，有更大的表面积，并且进一步提高了氧化钌的导电性，并且，相比于现有技术中直接在氧化钌中添加碳系导电填料，并且仅仅简单混合等手段，先将部分氧化钌负载于碳纳米管上，然而再与氧化钌粉末混合，能够防止碳系导电填料在混合时产生团聚的现象，进而导致厚膜电阻浆料印烧后使用时性能不稳定，极易发生波动。无机粘结相采用Al2O3、B2O3、SiO2和ZrO2为原料制备，其中ZrO2在硅酸盐玻璃体系中，其溶解度小，能显著的提高无机粘结相的粘度，热膨胀系数能够得到适当的减小，并且，B2O3有减小玻璃的热膨胀系数和玻璃的表面张力的效果，能够提高玻璃在化学方面的稳定性。有机载体中，表面活性剂能够降低有机载体与固体颗粒之间的表面张力，使得有机载体能够充分的润湿固体颗粒，减少了颗粒之间相互团聚的趋势，增加稳定性，流平剂能够使得厚膜电阻浆料在印刷完成之后，在极短的时间内流平，形成一个连续的膜，消除丝网的痕迹，增加材料稳定性。本专利技术还添加了改性剂，改性剂的掺入能够改变电阻浆料温度系数、应变系数等，其中，改性剂是由聚丙烯酸树脂包覆二氧化硅和氧化铅组成，其中，聚丙烯酸树脂包覆二氧化硅不与导电相发生反应，聚丙烯酸树脂包覆二氧化硅具有较高的扩散系数，掺杂烧成后在厚膜应变电阻膜层与陶瓷基片之间易于形成较厚的过渡层，过渡层改善了电阻膜层与基片的界面结合力，改善应变系数，并且相比于未包覆的二氧化硅，聚丙烯酸树脂包覆二氧化硅由于表面具有聚合物层，改善了二氧化硅在溶剂中的分散性，防止出现团聚现象，导致厚膜电阻性能不稳定；并且，当电阻浆料进行烧结时，有机载体完全挥发之后，二氧化硅外面包覆的聚丙烯酸树脂会软化流动，将导电相进行包裹，温度下降后也会粘结固定在基片上，进一步增加了电阻膜层与基片的粘附力。改性剂中的氧化铅能够与二氧化钌的发生反应，反应产生钌酸盐Pb2Ru2O6.5，其作为一种导电相减轻聚丙烯酸树脂包覆二氧化硅导致方阻骤然增加的现象。作为优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷厚膜压力传感器制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：（1）将陶瓷基座清洗干净，烘干待用；（2）将银钯导体浆料进行搅拌后静置，随后将银钯导体浆料涂抹到丝网上，使用刮板均匀得印刷在陶瓷基座上，随后将印刷有银钯导体浆料陶瓷基座放置水平面，流平10‑20min，并在140‑170℃下烘10‑20min；（3）将烘干之后的印刷有银钯导体浆料陶瓷基座放置于马弗炉中进行烧结，得到导体电极；（4）将厚膜电阻浆料进行搅拌后静置，随后涂抹到丝网上，使用刮板均匀得印刷在导体电极上，流平10‑20min，并在140‑170℃下烘10‑20min；（5）将烘干之后的印刷有厚膜电阻浆料的导体电极放置于马弗炉中进行烧结，得到陶瓷压阻式压力传感器。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷厚膜压力传感器制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：（1）将陶瓷基座清洗干净，烘干待用；（2）将银钯导体浆料进行搅拌后静置，随后将银钯导体浆料涂抹到丝网上，使用刮板均匀得印刷在陶瓷基座上，随后将印刷有银钯导体浆料陶瓷基座放置水平面，流平10-20min，并在140-170℃下烘10-20min；（3）将烘干之后的印刷有银钯导体浆料陶瓷基座放置于马弗炉中进行烧结，得到导体电极；（4）将厚膜电阻浆料进行搅拌后静置，随后涂抹到丝网上，使用刮板均匀得印刷在导体电极上，流平10-20min，并在140-170℃下烘10-20min；（5）将烘干之后的印刷有厚膜电阻浆料的导体电极放置于马弗炉中进行烧结，得到陶瓷压阻式压力传感器。2.根据权利要求1所述的一种陶瓷厚膜压力传感器制备工艺，其特征在于，步骤（2）和步骤（4）中印刷时刮板移动速度为3-5cm/s，刮板与丝网的夹角为40-70°，丝网与陶瓷基座的间距为1-4mm。3.根据权利要求1或2所述的一种陶瓷厚膜压力传感器制备工艺，其特征在于，步骤（3）和步骤（5）中所述烧结温度条件为：以5-10℃/min的升温速率下升温至800-900℃，保持10-20min，随后自然降至室温。4.根据权利要求1或2所述的一种陶瓷厚膜压力传感器制备工艺，其特征在于，所述厚膜电阻浆料的制备包括以下步骤：（1）在三氯化钌中加入去离子水，配置成0.1-0.15mol/L的三氯化钌溶液，随后加入碳纳米管，升温至50-80℃搅拌，随后逐滴滴入氢氧化钠溶液，继续搅拌陈化1-3h，随后离心洗涤，煅烧后得到氧化钌/碳纳米管复合材料；（1.1）将氧化钌粉末与氧化钌/碳纳米管复合材料混合制备得到导电相；（2）将CaO、B2O3、SiO2和ZrO2按配比加入至玛瑙球磨罐搅拌1-2h，随后置于坩埚中在1100-1400℃下熔炼1.5-2h，水淬后再进行球磨8-15h，制备得到无机粘结相；（3）将有机溶剂与增稠剂在60-80℃水浴下进行混合，搅拌至增稠剂完全溶解于有机溶剂中，随后加入表面活性剂、触变剂和流变剂，搅拌均匀，得到有机载体；（4）将二氧化硅颗粒置于无水乙醇中，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，在30-50℃下反应7-14h，离心烘干...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志望，
申请(专利权)人：绍兴文理学院元培学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33