[发明专利]制造Al2O3陶瓷弹性体的方法、压力传感器的测量膜和具有这种膜的压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及由Al₂O₃陶瓷制成的弹性体的制造，特别是由这种材料制成的弹性变形体，特别是测量膜，也称作测量隔膜。此外，本发明涉及这种测量膜和具有这种测量膜的压力传感器。弹性变形体在压力传感器中应用作为测量膜。因此，压力传感器通常包括测量膜，该测量膜能够与待测量的压力接触，并经历取决于压力的变形。该压力传感器通常还包括转换器，使用该转换器将变形体和测量膜的变形分别转换为信号，特别是转换为电信号。这种转换器的例子包括电容转换器、电阻转换器和具有机械谐振器的转换器。压力传感器和建立的转换器原理的综述在Pfeifer和Werthschützky的“Drucksensoren”(“压力传感器”)，Berlin 1989中给出。

背景技术

特别是Hegner等人推进了陶瓷压力传感器的发展，特别是如下那些陶瓷压力传感器，它们具有变形元件，例如测量膜，其由Al₂O₃陶瓷制成，并且具有用于工业方法测量技术的电容转换器。注意到这方面的例如有欧洲专利EP0351701B1、EP0414871B1和EP0445382B1。

由于它们表现出优异的长期稳定性和不存在滞后效应，由Al₂O₃陶瓷制成的变形体或测量膜是有利的。然而，需要对断裂应力进一步优化，因为压力传感器的灵敏度和抗过载性能够分别随其提高。

EP 0756586B1(Krell)没有直接涉及弹性变形体或测量膜；但是，它仍然包括了高强度氧化铝材料领域的良好综述。依照Krell，只有通过选择高活性、细粒、高纯度的起始粉末才能得到高强度、高纯度、细粒的氧化铝材料，其中使用该起始粉末，通过合适的成形方法，得到低缺陷无孔结构。Krell描述的是，没有例外的话，成形方法基于使用液态浆状物。通过合适的方法例如凝胶注模或压滤，从浆状物中除去水，并且，在理想情况中，得到均质的生坯。液态成形的决定性优势在于如下事实：通过固体颗粒在液态介质中的初始流动性，由适当的处理，得到尽可能致密和均质的固体颗粒的集合体。用这种方法，在烧结体中得到具有高机械强度的低缺陷结构。依照Krell，不能通过通常的成形方法例如干压法得到这种低缺陷结构和相应地得到低缺陷成形体。干压法导致生坯密度不足和相应地导致成形体中的密度不均，并且，在烧结中，导致硬度降低和强度降低的缺陷。所有的惯用压制方法都尤其基于通过喷雾干燥使制得的颗粒致密化。由于粒状材料特性的作用，无法避免致密化的颗粒之间以及其中形成孔穴。在烧结步骤过程中不能完全除去这些孔穴。这些保留在所述结构中的缺陷对机械性能产生不利影响。

从而，概述了如基于浆状物的Krell成形方法的概念。然而，这些成形方法对于大量制造压力传感器的变形元件而言非常复杂并且过于昂贵。

此外，Krell的方法可允许存在相对大比例的玻璃形成物、烧结助剂，特别是SiO₂。这些烧结助剂使得可使用降低的烧结温度，并且从而减少晶粒长大，晶粒长大会导致断裂应力以及硬度升高。另一方面，玻璃相是在测量技术中将烧结体用作弹性体的障碍。本发明的相关研究已经表明，即，所述结构中的玻璃相降低了烧结体的张弛能力和它的抗腐蚀性。从实践观点看，通过SiO₂限制晶粒大小是不可行的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方法，其中使用该方法能够以可接受的成本大量生产制造由Al₂O₃陶瓷制成的弹性体，特别是弹性变形体，特别是测量膜，其用于压力传感器。

通过权利要求1中定义的方法，通过权利要求13中定义的用于压力传感器的测量膜，以及通过权利要求17中定义的压力传感器实现了本发明的目的。

本发明用于制造由Al₂O₃陶瓷制成的变形体的方法使用氧化铝，

其中所述氧化铝，其包括在给定情况中存在的MgO-组分，该氧化铝具有的纯度为至少99.8％，优选99.9％，和其中相对于Al₂O₃的质量，MgO合计不超过2000ppm，优选不超过1000ppm，

其中相对于Al₂O₃的质量，所述氧化铝具有的SiO₂、Na₂O、K₂O、CaO和其它无机杂质的杂质含量总计低于200ppm，优选低于100ppm，

其中所述氧化铝的比表面积不低于10m²/g，