CN109851351A - 一种低温稳定性压力变送器用压敏元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低温稳定性压力变送器用压敏元件及其制备方法，涉及传感器技术领域。所述压敏元件由以下重量份的原料制成：氧化锌90‑100份、氧化铋4‑6份、氧化镱2‑4份、纳米二氧化钛2‑3份、钛酸钙陶瓷6‑8份、氮化镓3‑5份、氧化锑2‑3份、二氧化锗1‑2份、锑化铟1‑1.4份、碳化硅0.8‑1.2份、氧化锗3‑4份、结合剂0.1‑0.3份、分散剂0.2份、消泡剂0.1份。其制备方法主要包括：混合研磨、高速搅拌、震荡均质、喷雾干燥、压制成型、烧结喷层等步骤。本发明克服了现有技术的不足，在保证压敏元件原有的各项性能的同时提高了其低温稳定性，增强产品抗老化能力，并且本发明制备工艺简单，适合推广生产。

Description

一种低温稳定性压力变送器用压敏元件及其制备方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种低温稳定性压力变送器用压敏元件及其制备方法。

背景技术

压力变送器是一种将压力转换成气动信号或电动信号进行控制和远传的设备，它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节；压力变送器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

现有的压力变送器在低温环境等极端环境下，容易造成检测性能误差较大的问题，主要是由于感应压力的压敏电阻部件在低温环境易于出现材料性能失衡现象，进而导致压力变送器在低温环境下的使用效果不佳，所以提升压力变送器用压敏元件的低温稳定性是现阶段的一大研究方向。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种低温稳定性压力变送器用压敏元件及其制备方法，在保证压敏元件原有的各项性能的同时提高了其低温稳定性，增强产品抗老化能力，并且本发明制备工艺简单，适合推广生产。

为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：

一种低温稳定性压力变送器用压敏元件，所述压敏元件由以下重量份的原料制成：氧化锌90-100份、氧化铋4-6份、氧化镱2-4份、纳米二氧化钛2-3份、钛酸钙陶瓷6-8份、氮化镓3-5份、氧化锑2-3份、二氧化锗1-2份、锑化铟1-1.4份、碳化硅0.8-1.2份、氧化锗3-4份、结合剂0.1-0.3份、分散剂0.2份、消泡剂0.1份。

优选的，所述结合剂为氨基甲酸酯和聚碳酸酯质量比1∶3的混合物。

优选的，所述分散剂为碱金属类无机分散剂。

优选的，所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚。

所述压敏元件制备方法包括以下步骤：

(1)将氧化铋、氧化镱、纳米二氧化钛、钛酸钙陶瓷、氮化镓、氧化锑、二氧化锗、锑化铟、碳化硅进和氧化锗混合，加去离子水，混合搅拌均匀，再于球磨机中混合球磨一段时间，得混合液备用；

(2)将混合液于高速搅拌机中进行搅拌，再依次加入结合剂、分散剂和消泡剂，继续搅拌一段时间后，得混合浆料备用；

(3)将氧化锌于球磨机中研磨后过筛，再将氧化锌粉末加入上述混合浆料中，添加去离子水，于超声震荡仪中进行震荡均质，得均质液备用；

(4)将上述均质液进行喷雾干燥后，得混合粉末，将混合粉末压制成型，得混合胚备用；

(5)将上述混合胚进行烧结，且烧结温度为1200-1300℃，烧结时间为2-3h，且烧结完成后在氮气保护下缓慢降温，再进行磨片处理，后将产品进行喷制铝电极，即得到本发明低温稳定性压力变送器用压敏元件。

优选的，所述步骤(2)中混合液高速夹板的转速为800-1000r/min，搅拌时间为5-8min，加入结合剂、分散剂和消泡剂继续搅拌的时间为15-20min。

优选的，所述步骤(3)中氧化锌研磨后过400目筛，且超声频率为40KHz，超声时间为15-20min。

优选的，所述步骤(4)中压制成型的压力为120-130MPa，压制时间为5min。

优选的，所述步骤(5)中氮气保护下缓慢降温的降温速度为10-15℃每分钟。

本发明提供一种低温稳定性压力变送器用压敏元件及其制备方法，与现有技术相比优点在于：

(1)本发明采用氧化铋、氧化镱、纳米二氧化钛、钛酸钙陶瓷、氮化镓、氧化锑、二氧化锗、锑化铟、碳化硅进和氧化锗混合为辅料添加，有效提升产品的抗低温效果，使产品在低温环境下具有优良的使用效果。

(2)本发明将辅料混合后再与氧化铝于超声均质机中，超声均质，有效是个成分物质分散均匀，提升产品性能的稳定性，并且与多种物质充分混合增强产品的抗氧化性能。

(3)本发明在产品胚体烧结过程中采用1200-1300℃高温烧结，有效提升产品的密度，并且采用缓慢降温的方式退火，增强其稳定性，提升韧性。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种低温稳定性压力变送器用压敏元件，所述压敏元件由以下重量份的原料制成：氧化锌100份、氧化铋6份、氧化镱4份、纳米二氧化钛3份、钛酸钙陶瓷8份、氮化镓5份、氧化锑3份、二氧化锗2份、锑化铟1.4份、碳化硅1.2份、氧化锗4份、结合剂0.3份、分散剂0.2份、消泡剂0.1份。

其中，所述结合剂为氨基甲酸酯和聚碳酸酯质量比1∶3的混合物；所述分散剂为三聚磷酸钠；所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚。

所述压敏元件制备方法包括以下步骤：

(1)将氧化铋、氧化镱、纳米二氧化钛、钛酸钙陶瓷、氮化镓、氧化锑、二氧化锗、锑化铟、碳化硅进和氧化锗混合，加去离子水，混合搅拌均匀，再于球磨机中混合球磨一段时间，得混合液备用；

(2)将混合液于高速搅拌机中进行搅拌，再依次加入结合剂、分散剂和消泡剂，继续搅拌一段时间后，得混合浆料备用；

(3)将氧化锌于球磨机中研磨后过筛，再将氧化锌粉末加入上述混合浆料中，添加去离子水，于超声震荡仪中进行震荡均质，得均质液备用；

(4)将上述均质液进行喷雾干燥后，得混合粉末，将混合粉末压制成型，得混合胚备用；

(5)将上述混合胚进行烧结，且烧结温度为1200-1300℃，烧结时间为2-3h，且烧结完成后在氮气保护下缓慢降温，再进行磨片处理，后将产品进行喷制铝电极，即得到本发明低温稳定性压力变送器用压敏元件。

所述步骤(2)中混合液高速夹板的转速为800-1000r/min，搅拌时间为5-8min，加入结合剂、分散剂和消泡剂继续搅拌的时间为15-20min；所述步骤(3)中氧化锌研磨后过400目筛，且超声频率为40KHz，超声时间为15-20min；所述步骤(4)中压制成型的压力为120-130MPa，压制时间为5min；所述步骤(5)中氮气保护下缓慢降温的降温速度为10-15℃每分钟。

实施例2：

一种低温稳定性压力变送器用压敏元件，所述压敏元件由以下重量份的原料制成：氧化锌90份、氧化铋4份、氧化镱2份、纳米二氧化钛2份、钛酸钙陶瓷6份、氮化镓3份、氧化锑2份、二氧化锗1份、锑化铟1份、碳化硅0.8份、氧化锗3份、结合剂0.1份、分散剂0.2份、消泡剂0.1份。

其中，所述结合剂为氨基甲酸酯和聚碳酸酯质量比1∶3的混合物；所述分散剂为六偏磷酸钠；所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚。

所述压敏元件制备方法包括以下步骤：

(1)将氧化铋、氧化镱、纳米二氧化钛、钛酸钙陶瓷、氮化镓、氧化锑、二氧化锗、锑化铟、碳化硅进和氧化锗混合，加去离子水，混合搅拌均匀，再于球磨机中混合球磨一段时间，得混合液备用；

(2)将混合液于高速搅拌机中进行搅拌，再依次加入结合剂、分散剂和消泡剂，继续搅拌一段时间后，得混合浆料备用；

(3)将氧化锌于球磨机中研磨后过筛，再将氧化锌粉末加入上述混合浆料中，添加去离子水，于超声震荡仪中进行震荡均质，得均质液备用；

(4)将上述均质液进行喷雾干燥后，得混合粉末，将混合粉末压制成型，得混合胚备用；

(5)将上述混合胚进行烧结，且烧结温度为1200-1300℃，烧结时间为2-3h，且烧结完成后在氮气保护下缓慢降温，再进行磨片处理，后将产品进行喷制铝电极，即得到本发明低温稳定性压力变送器用压敏元件。

所述步骤(2)中混合液高速夹板的转速为800-1000r/min，搅拌时间为5-8min，加入结合剂、分散剂和消泡剂继续搅拌的时间为15-20min；所述步骤(3)中氧化锌研磨后过400目筛，且超声频率为40KHz，超声时间为15-20min；所述步骤(4)中压制成型的压力为120-130MPa，压制时间为5min；所述步骤(5)中氮气保护下缓慢降温的降温速度为10-15℃每分钟。

实施例3：

一种低温稳定性压力变送器用压敏元件，所述压敏元件由以下重量份的原料制成：氧化锌95份、氧化铋5份、氧化镱3份、纳米二氧化钛2.5份、钛酸钙陶瓷7份、氮化镓4份、氧化锑2.5份、二氧化锗1.5份、锑化铟1.2份、碳化硅1份、氧化锗3.5份、结合剂0.2份、分散剂0.2份、消泡剂0.1份。

其中，所述结合剂为氨基甲酸酯和聚碳酸酯质量比1∶3的混合物；所述分散剂为焦磷酸钠；所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚。

所述压敏元件制备方法包括以下步骤：

(1)将氧化铋、氧化镱、纳米二氧化钛、钛酸钙陶瓷、氮化镓、氧化锑、二氧化锗、锑化铟、碳化硅进和氧化锗混合，加去离子水，混合搅拌均匀，再于球磨机中混合球磨一段时间，得混合液备用；

(2)将混合液于高速搅拌机中进行搅拌，再依次加入结合剂、分散剂和消泡剂，继续搅拌一段时间后，得混合浆料备用；

(3)将氧化锌于球磨机中研磨后过筛，再将氧化锌粉末加入上述混合浆料中，添加去离子水，于超声震荡仪中进行震荡均质，得均质液备用；

(4)将上述均质液进行喷雾干燥后，得混合粉末，将混合粉末压制成型，得混合胚备用；

(5)将上述混合胚进行烧结，且烧结温度为1200-1300℃，烧结时间为2-3h，且烧结完成后在氮气保护下缓慢降温，再进行磨片处理，后将产品进行喷制铝电极，即得到本发明低温稳定性压力变送器用压敏元件。

所述步骤(2)中混合液高速夹板的转速为800-1000r/min，搅拌时间为5-8min，加入结合剂、分散剂和消泡剂继续搅拌的时间为15-20min；所述步骤(3)中氧化锌研磨后过400目筛，且超声频率为40KHz，超声时间为15-20min；所述步骤(4)中压制成型的压力为120-130MPa，压制时间为5min；所述步骤(5)中氮气保护下缓慢降温的降温速度为10-15℃每分钟。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种低温稳定性压力变送器用压敏元件，其特征在于，所述压敏元件由以下重量份的原料制成：氧化锌90-100份、氧化铋4-6份、氧化镱2-4份、纳米二氧化钛2-3份、钛酸钙陶瓷6-8份、氮化镓3-5份、氧化锑2-3份、二氧化锗1-2份、锑化铟1-1.4份、碳化硅0.8-1.2份、氧化锗3-4份、结合剂0.1-0.3份、分散剂0.2份、消泡剂0.1份。

2.根据权利要求1所述的一种低温稳定性压力变送器用压敏元件，其特征在于：所述结合剂为氨基甲酸酯和聚碳酸酯质量比1∶3的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种低温稳定性压力变送器用压敏元件，其特征在于：所述分散剂为碱金属类无机分散剂。

4.根据权利要求1所述的一种低温稳定性压力变送器用压敏元件，其特征在于：所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚。

5.一种低温稳定性压力变送器用压敏元件的制备方法，其特征在于，所述压敏元件制备方法包括以下步骤：

(1)将氧化铋、氧化镱、纳米二氧化钛、钛酸钙陶瓷、氮化镓、氧化锑、二氧化锗、锑化铟、碳化硅进和氧化锗混合，加去离子水，混合搅拌均匀，再于球磨机中混合球磨一段时间，得混合液备用；

(2)将混合液于高速搅拌机中进行搅拌，再依次加入结合剂、分散剂和消泡剂，继续搅拌一段时间后，得混合浆料备用；

(3)将氧化锌于球磨机中研磨后过筛，再将氧化锌粉末加入上述混合浆料中，添加去离子水，于超声震荡仪中进行震荡均质，得均质液备用；

(4)将上述均质液进行喷雾干燥后，得混合粉末，将混合粉末压制成型，得混合胚备用；

(5)将上述混合胚进行烧结，且烧结温度为1200-1300℃，烧结时间为2-3h，且烧结完成后在氮气保护下缓慢降温，再进行磨片处理，后将产品进行喷制铝电极，即得到本发明低温稳定性压力变送器用压敏元件。

6.根据权利要求5所述的一种低温稳定性压力变送器用压敏元件的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中混合液高速夹板的转速为800-1000r/min，搅拌时间为5-8min，加入结合剂、分散剂和消泡剂继续搅拌的时间为15-20min。

7.根据权利要求5所述的一种低温稳定性压力变送器用压敏元件的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中氧化锌研磨后过400目筛，且超声频率为40KHz，超声时间为15-20min。

8.根据权利要求5所述的一种低温稳定性压力变送器用压敏元件的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中压制成型的压力为120-130MPa，压制时间为5min。

9.根据权利要求5所述的一种低温稳定性压力变送器用压敏元件的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中氮气保护下缓慢降温的降温速度为10-15℃每分钟。