DE102007026243A1

DE102007026243A1 - Kapazitiver Drucksensor

Info

Publication number: DE102007026243A1
Application number: DE102007026243A
Authority: DE
Inventors: Ulfert Drewes; Frank Dr. Hegner; Andreas Dr. Roßberg; Elke Schmidt; Sabine Dr. Stolle; Christel Dr. Kretschmar; Melanie Dr. Hentsche
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2008-12-11
Also published as: WO2008148779A1; EP2162714A1; JP5033913B2; RU2009149204A; US20100199778A1; EP2162714B1; US8104353B2; CN101680813B; RU2441207C2; JP2010538242A; CN101680813A

Abstract

Ein Drucksensor umfasst einen Grundkörper 1 und eine elastische Messmembran 2, die unter Bildung einer am Rand dicht abgeschlossenen Messkammer 3 mit einer Oberfläche des Grundkörpers 1 gefügt ist, wobei der Grundkörper 1 und/oder die Messmembran 2 Keramik, Glas oder ein einkristallines Material aus Werkstoff aufweisen, die Messmembran mindestens eine erste Elektrode 6 aufweist, die der Oberfläche des Grundkörpers 1 zugewandt ist, die Oberfläche des Grundkörpers 1 mindestens eine zweite Elektrode 5 aufweist, die der der Messmembran 2 zugewandt ist, wobei die Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ein Maß für den zu messenden Druck ist, wobei ferner mindestens eine der ersten und zweiten Elektroden eine leitfähige Schicht aufweist, die Metall und Glas enthält, wobei das Metall mindestens zwei Edelmetall-Elemente umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Drucksensor.
Kapazitive Drucksensoren umfassen einen biegesteifen Grundkörper und eine elastische Messmembran, die unter Bildung einer am Rand dicht abgeschlossenen Messkammer mit einer Oberfläche des Grundkörpers gefügt ist, wobei
der Grundkörper und/oder die Messmembran Keramik, Glas oder ein einkristallines Material als Werkstoff aufweisen,
die Messmembran mindestens eine erste Elektrode aufweist, die der Oberfläche des Grundkörpers zugewandt ist,
die Oberfläche des Grundkörpers mindestens eine zweite Elektrode aufweist, die der der Messmembran zugewandt ist, und
die Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ein Maß für den zu messenden Druck ist.
Typische Elektrodenmaterialien sind Metalle, die auf den Grundkörper oder die Messmembran abgeschieden, insbesondere aufgedampft oder aufgesputtert werden. Hierzu kommt beispielsweise Tantal in Frage, welches mit einem Hochvakuumlötprozess kompatibel ist, der eingesetzt wird um den Grundkörper und die Messmembran beispielsweise mittels eines Aktivhartlots zu verbinden.
Die gattungsgemäßen Drucksensoren sind in unterschiedlichen Graden feuchteempfindlich, da selbst auf einer makroskopisch glatten keramischen Oberfläche noch viele Defekte zur Adsorption von Wassermolekülen vorhanden sind. Um die Feuchtabhängigkeit zu vermindern, können die Oberflächen in der Messkammer hydrophobiert und/oder mit einer Glasschicht überzogen werden.
Auf diese Weise lassen sich grundsätzlich Drucksensoren mit einer akzeptablen Feuchtempfindlichkeit herstellen, wobei es einen weiteren Beitrag zur Feuchteempfindlichkeit gibt, der mit den beschriebenen Maßnahmen nur bedingt beherrschbar, ist. Genauere Untersuchungen haben nämlich gezeigt, dass im Randbereich der Elektroden keine scharfe Grenze zwischen Elektrode und blankem Substrat zu finden ist, sondern dass isolierte Inseln bzw. Cluster von Elektrodenmaterial außerhalb des angestrebten Randes der Elektrodenfläche vorkommen. Eine der Ursachen für die Clusterbildung außerhalb des angestrebten Randes der Elektrodenfläche könnte in den Masken zu finden sein, mit denen die Grundkörper bzw. die Messmembranen beim Aufsputtern oder Aufdampfen des Elektrodenmaterials abgedeckt sind. Wenn Masken nicht hinreichend dicht abschließen, kann Elektrodenmaterial in durch die Masken abgedeckten Bereiche der Oberfläche gelangen und dort zu Clustern aggregieren.
Die an sich isolierten Cluster können bereits durch geringe Mengen von adsorbierten Wassermolekülen vernetzt werden, und somit zur Gesamtkapazität der Elektroden beitragen. Dies führt zu einer Beeinträchtigung der Messgenauigkeit.
Weiterhin neigen Elektroden aus Tantal dazu, bei hohen Temperaturen, beispielsweise über 180°C thermische Oxide auszubilden, welche ebenfalls die wirksamen Flächen der Elektroden verändern und damit die Messgenauigkeit beeinträchtigt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Drucksensor bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Drucksensor gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Drucksensor umfasst:
einen im wesentlichen biegesteifen Grundkörper und mindestens eine elastische Messmembran, die unter Bildung einer am Rand dicht abgeschlossenen Messkammer mit einer Oberfläche des Grundkörpers gefügt ist, wobei
der Grundkörper und/oder die Messmembran Keramik, Glas oder ein einkristallines Material als Werkstoff aufweisen,
die Messmembran mindestens eine erste Elektrode aufweist, die der Oberfläche des Grundkörpers zugewandt ist,
die Oberfläche des Grundkörpers mindestens eine zweite Elektrode aufweist, die der der Messmembran zugewandt ist, wobei
die Kapazität zwischen der ersten Elektroden und der zweiten Elektrode ein Maß für den zu messenden Druck ist; dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine der ersten und zweiten Elektroden eine leitfähige Schicht aufweist, die Metall und Glas enthält, wobei das Metall mindestens ein Edelmetall-Element umfasst.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die leitfähige Schicht ein Verhältnis der Volumenanteile des Metalls zu Glas von beispielsweise nicht mehr als 4:1 vorzugsweise nicht mehr als 3:1, weiter bevorzugt nicht mehr als 2,5:1, und besonders bevorzugt nicht mehr als 2,3:1 auf. Weiterhin weist die leitfähige Schicht beispielsweise ein Verhältnis der Volumenanteile von Metall zu Glas von nicht weniger als 1,5:1 vorzugsweise nicht weniger als 1,8:1 weiter bevorzugt nicht weniger als 2,1:1 auf.
In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die leitfähige Schicht ein Volumenverhältnis von Edelmetall zu Glas von etwa 2,2:1 auf.
Das Edelmetall kann insbesondere Edelmetallelemente aus der Gruppe 10 oder 11 des Periodensystems der Elemente gemäß der so genannten neuen Notation sein (vgl. Chemical and Engineering News, 63(5), 27, 1985). Derzeit bevorzugt sind Au, Ag, Pd und Pt. In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die leitfähige Schicht mindestens ein Edelmetall der Gruppe 11 oder/und mindestens ein Edelmetall der Gruppe 10.
Die Edelmetalle können legiert und/oder elementar in der leitfähigen Schicht vorliegen.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung beträgt das stöchiometrische Verhältnis zwischen Metallen von Gruppe 11 zu Metallen von Gruppe 10, also das Verhältnis der Anzahl der Atome der Metalle aus Gruppe 11 zu der Anzahl der Atome der Metalle aus Gruppe 10, beispielsweise nicht mehr als 20:1, vorzugsweise nicht mehr als 10:1 und weiter bevorzugt nicht mehr als 5:1. Das stöchiometrische Verhältnis zwischen Metallen von Gruppe 11 zu Metallen von Gruppe 10 beträgt gemäß der ersten Ausgestaltung beispielsweise nicht weniger als 1,5:1, vorzugsweise nichtweniger als 2:1 und weiter bevorzugt nicht weniger als 3:1. In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt das stöchiometrische Verhältnis zwischen Metallen von Gruppe 11 zu Metallen von Gruppe 10 etwa 4:1.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung beträgt das stöchiometrische Verhältnis zwischen Metallen von Gruppe 10 zu Metallen von Gruppe 11 beispielsweise nicht weniger als 3,5:1, vorzugsweise nichtweniger als 4:1 und weiter bevorzugt nicht weniger als 5:1.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die leitfähige Schicht Glas, welches abgesehen von ggf. vorhandenen Verunreinigungen kein Blei- und/oder kein Bor enthält. B-haltige und/oder Pb-haltige Gläser haben sich aufgrund thermischer Zersetzung, bzw. aufgrund des Abdampfens einiger Komponenten bei hohen Temperaturen unter Vakuum als ungeeignet erwiesen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die leitfähige Schicht Glas, welches beispielsweise Oxide von Barium, Silizium und/oder Aluminium aufweist.
Beispielsweise enthält das Glas nicht weniger als 45 Masse-% und nicht mehr als 60 Masse-% SiO₂, nicht weniger als 30 Masse-% und nicht mehr als 40 Masse-% BaO, sowie nicht weniger als 8 Masse-% und nicht mehr als 16 Masse-% Al₂O₃.
Bevorzugt enthält das Glas nicht weniger als 50 Masse-% und nicht mehr als 56 Masse-% SiO₂, nicht weniger als 33 Masse-% und nicht mehr als 37 Masse-% BaO, sowie nicht weniger als 10 Masse-% und nicht mehr als 14 Masse-% Al₂O₃.
In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung enthält das Glas 53,1 Masse-% SiO₂, 35,1 Masse-% BaO und 11,8 Masse-% Al₂O₃.
Vorzugsweise sollten solche Gläser verwendet werden, die beim Brennen nicht übermäßig auskristallisieren, denn ausgeprägte kristalline Domänen können die Haftfestigkeit beeinträchtigen und zu einer erhöhten Feuchteempfindlichkeit führen.
Das Material der leitfähigen Schicht kann als Paste mittels Siebdruck auf der Oberfläche des Grundkörpers bzw. der Oberfläche der Messmembran aufgebracht werden. Die Paste umfasst die Komponenten der leitfähigen Schicht sowie einen organischen Binder und Lösungsmittel, welche sich nach dem Siebdruck in einem Trocknungsschritt bzw. in einem anschließenden Brennschritt aus dem Material verflüchtigt.
Die Paste kann beispielsweise etwa 1/4 bis 2/5 Massenanteile des organischen Binders und etwa 3/4 bis 3/5 Massenanteile der Metall- und Glasmischung aufweisen. Eine derzeit bevorzugte Paste umfasst etwa 1/3 Massenanteile des organischen Binders und etwa 2/3 Massenanteile der Metall- und Glasmischung.
Die Paste kann beispielsweise Edelmetallpartikel mit einer BET-Oberfläche von nicht weniger als 0,08 m^2/g, vorzugsweise nicht weniger als 0,12 m^2/g und weiter bevorzugt nicht weniger als etwa 0,25 m^2/g aufweisen. In einer derzeit bevorzugten Paste weisen Au-Partikel eine BET-Oberfläche von etwa 0,3 m^2/g auf. Dies entspricht einer mittleren Korngröße von etwa 1 μm. Entsprechende Anforderungen an die Korngrößen gelten für Pt.
Es können auch feinere Körnungen eingesetzt werden. In einer Paste wurden beispielsweise Pt-Partikel mit einer BET-Oberfäche von 8 m^2/g verwendet.
Die Korngröße der Glasbestandteile bzw. des Glases in der Paste kann beispielsweise bis zu 5 μm betragen. In vorzugsweise beträgt die mittlere Korngröße zwischen etwa 0,5 μm und 5 μm.
Der organische Binder kann beispielsweise Ethylcellulose in Terpineol sowie Dibutylphthalat verwendet werden.
Zum Aufbringen der Paste mittels eines Siebdruckverfahrens, kann beispielsweise ein Edelstahlsieb mit 400 mesh bzw. einer Maschenweite von etwa 37 μm eingesetzt werden. Ein Auftrag von mindestens zwei Schichten ist derzeit bevorzugt. Der Absprung kann beispielsweise 0,15 mm bis 0,5 mm betragen.
Die mit Siebdruck aufgetragene Paste kann beispielsweise eine Schichtdicke von nicht mehr als 100 μm vorzugsweise nicht mehr als 50 μm und besonders bevorzugt nicht mehr als 25 μm aufweisen.
Nach dem Auftragen der Paste erfolgt eine Trocknung, beispielsweise bei leicht erhöhter Temperatur zwischen etwa 100°C und 200°C. Derzeit wird eine Trocknungstemperatur zwischen 140°C und 160°C bevorzugt. Die Dauer der Trocknung hängt u. a. von der Schichtdicke der Paste und der gewählten Temperatur ab. Erfahrungsgemäß sollten aber einige Minuten bis zu einer viertel Stunde Trocknungszeit ausreichen.
Nach der Trocknung wird die Schicht eingebrannt, hierzu kann die Temperatur bis zu einer Maximaltemperatur erhöht werden, bei welcher die Schicht für eine vorgebbare Zeit gehalten wird, bevor eine Abkühlung einsetzt. Die Maximaltemperatur während des Brennens beträgt mindestens 900°C, vorzugsweise mindestens etwa 930°C bis 960°C und besonders bevorzugt etwa 950°C. Die Brenndauer kann beispielsweise zwischen einer und zwei Stunden betragen, wobei es ausreicht, wenn die Maximaltemperatur für etwa 10 bis 20 Minuten gehalten wird.
Die resultierende Schichtdicke der gebrannten Schicht beträgt vorzugsweise nicht mehr als 8 μm und weiter bevorzugt nicht mehr als 6 μm und besonders bevorzugt nicht mehr als 4 μm.
Die solchermaßen auf keramischen Körpern präparierten leitfähigen Schichten zeichnen sich vorzugsweise dadurch aus, dass sie einen anschließenden Hochvakuumlötprozess mit einem Druck von etwa 10^–6 mbar und Temperaturen von etwa 910°C unbeschadet und ohne Abgabe von Zersetzungsprodukten überstehen. Ein solcher Hochvakuumlötprozess wird beispielsweise dazu eingesetzt, um die keramischen Komponenten eines Sensors mit Aktivhartlot zu fügen. Die Anforderung ist insofern wichtig, als adsorbierte Zersetzungsprodukte des Glases die Benetzbarkeit von freien Oberflächenabschnitten der zu fügenden keramischen Körper in der Weise verändern könnten, dass das Aktivhartlot beim Hochvakuumprozess in diese Oberflächenabschnitte hineinlaufen würde. Damit wäre der Hochvakuumlötprozess nicht mehr durchführbar. Derartige Zersetzungsprodukte wurden insbesondere bei Pb- bzw. B-haltigen Gläsern beobachtet.
Die erfindungsgemäßen Drucksensoren weisen im Ergebnis eine leitfähige Schicht auf, die thermisch stabil ist und sicher an dem Keramiksubstrat haftet.
Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, es zeigt:
1: Einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen kapazitiven Absolutdrucksensor;
2: Einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen kapazitiven Zweikammer-Differenzdrucksensor; und
3: Einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen kapazitiven Einkammer-Differenzdrucksensor;
Der in 1 gezeigte, kapazitive Drucksensor ist ein Absolutdrucksensor. Er umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen keramischen Grundkörper 1 und eine Kreisscheibenförmige keramische Messmembran 2, die an einer Stirnseite des Grundkörpers 1 mit diesem unter Bildung einer druckdichten Messkammer 3 verbunden ist. Die Messmembran 2 ist hierzu mit dem Grundkörper 1 mittels eines Aktivlotrings 4 in einem Hochvakuumlötprozess bei 910°C gefügt. Über die Materialstärke des Aktivlotrings ist dabei der Abstand zwischen der Messmembran 2 und der Stirnseite des Grundkörpers 1 vorgegeben. Der Abstand kann nach dem Lötprozess beispielsweise 20 bis 100 μm betragen.
In der Druckkammer 3 ist an der Stirnfläche des Grundkörpers 1 eine erste Elektrode 5 angeordnet und an der messkammerseitigen Oberfläche der Messmembran 2 eine zweite Elektrode 6. Im Messbetrieb wird die Messmembran 2 druckabhängig verformt, wodurch die Kapazität zwischen der ersten und der zweiten Elektrode verändert wird. Die Elektroden umfassen eine leitfähige Schicht aus dem erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial.
Die Kontaktierung der Elektroden ist mit beliebigen, dem Fachmann geläufigen Durchführungen möglich. Beispielsweise kann ein Metallstift 7 in eine passende Bohrung durch den Grundkörper 1 eingebracht sein, wobei der Metallstift 7 zusätzlich mit einer Aktivhartlotdichtung abgedichtet und fixiert sein kann. Weiterhin kann eine der Elektroden über die Mantelfläche des Drucksensors mittels des Aktivhartlots kontaktiert werden.
Der erfindungsgemäße Drucksensor kann weiterhin als Relativdruck,- oder Differenzdrucksensor ausgestaltet sein.
Ein Relativdrucksensor weist im Gegensatz zum Absolutdrucksensor einen Referenzluftpfad auf, der beispielsweise eine Bohrung durch den Grundkörper umfassen kann.
Ein Differenzdrucksensor kann als Zweikammerdifferenzdrucksensor oder als Einkammerdifferenzdrucksensor realisiert sein.
Ein Zweikammerdifferenzdrucksensor ist in 2 dargestellt. Er umfasst einen ersten zylindrischen Grundkörper 11 und einen zweiten zylindrischen Grundkörper 12 sowie eine Messmembran 13, die jeweils mit einer der Stirnflächen des ersten und des zweiten Grundkörpers unter Bildung einer ersten Messkammer 14 und einer zweiten Messkammer 15 mittels eines Aktivhartlots 17 gefügt ist. Jede der Messkammern weist mindestens eine Messkapazität auf, die jeweils zwischen einer Elektrode 16 an der Messmembran und an der Stirnfläche des jeweiligen Grundkörpers gebildet und über geeignete Durchführungen erfasst wird. Die Elektroden umfassen eine leitfähige Schicht aus dem erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial. Die beiden Messkammern werden jeweils über eine Bohrung durch den zugehörigen Grundkörper mit einem Mediendruck beaufschlagt.
3 zeigt schließlich einen kapazitiven Einkammerdifferenzdrucksensor. An den beiden Stirnflächen eines zylindrischen Grundkörpers 21 ist jeweils eine Messmembran mittels eines Aktivhartlots 28 gefügt, wodurch zwischen einer ersten Messmembran 22 und dem Grundkörper eine erste Teilmesskammer 24 wird, und zwischen einer zweiten Messmembran 23 und dem Grundkörper eine zweite Teilmesskammer 25 gebildet wird. Die beiden Teilmesskammern kommunizieren über einen Kanal 26 durch den Grundkörper 21 und sind mit einer Übertragungsflüssigkeit, beispielsweise einem Silikonöl gefüllt. In jeder der Teilmesskammern ist ein Elektodenpaar angeordnet, mit jeweils einer Elektrode an der Messmembran und einer Elektrode an der Stirnseite des Grundkörpers. Die grundkörperseitigen Elektroden werden beispielsweise über Leiter kontaktiert, die sich von der Mantelfläche des Grundkörpers zu den Stirnflächen des Grundkörpers erstrecken.
Die Elektroden weisen eine leitfähige Schicht aus dem erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial auf, welches Glas und Metall mit mindestens einem Edelmetallelement oder zwei Edelmetallelementen enthält.
Das Elektrodenmaterial der erfindungsgemäßen Drucksensoren weist in der derzeit bevorzugten Ausgestaltung ein Verhältnis der Metallanteile zu den Glasanteilen von etwa 2,2 Volumenanteilen Metall zu 1 Volumenanteilen Glas auf. Mit steigendem Metallanteil nimmt die Leitfähigkeit zu, wobei die Haftfestigkeit der Schicht abnimmt. Eine gewisse Verminderung der Haftfähigkeit ist vertretbar. Bei abnehmendem Metallanteil sinkt dementsprechend die Leitfähigkeit.
Das derzeit bevorzugte Glas hat in Masseanteilen die folgende Zusammensetzung: 50% bis 56% SiO₂, 33% bis 37% BaO und 10% bis 14% Al₂O₃.
Das Metall weist eine Mischung von Au und Pt in einem Massenverhältnis von etwa 4:1 auf, wobei die Goldpartikel eine mittlere Größe von etwa 0,5 μm bis etwa 1,2 μm und die Pt-Partikel eine mittlere Größe von etwa 0,03 μm bis etwa 0,05 μm aufweisen.
Bei der Herstellung der Elektroden werden die Feststoffe (Glas und Metall) mit einem organischen Binder zu einer Paste gemischt mit einem Feststoffmassenanteil von etwa 2/3 und einem Bindermassenanteil von etwa 1/3.
Die Paste wird mittels Siebdruck in einem oder zwei Durchgängen auf Korundkeramiksubstraten aufgetragen, um die leitfähigen Schichten der Elektroden zu formen. Die Korundkeramiksubstrate sind die Grundkörper und die Messmembranen.
Nach einer Trocknung bei etwa 150°C für etwa 15 Minuten werden die Schichten gebrannt, wobei die Maximaltemperatur des Brennvorgangs etwa 950°C beträgt.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Drucksensors werden die Grundkörper und Membranen, welche die erfindungsgemäßen Elektroden aufweisen, in einem Hochvakuumlötprozess mittels Aktivhartlot gefügt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Chemical and Engineering News, 63(5), 27, 1985 [0013]

Claims

Drucksensor, umfassend: mindestens einen Grundkörper (1) und mindestens eine elastische Messmembran (2), die unter Bildung einer am Rand dicht abgeschlossenen Messkammer (3) mit einer Oberfläche des Grundkörpers gefügt ist, wobei der Grundkörper (1) und/oder die Messmembran (2) Keramik, Glas oder ein einkristallines Material als Werkstoff aufweisen, die Messmembran (2) mindestens eine erste Elektrode (6) aufweist, die der Oberfläche des Grundkörpers (1) zugewandt ist, die Oberfläche des Grundkörpers (1) mindestens eine zweite Elektrode (5) aufweist, die der Messmembran (2) zugewandt ist, wobei die Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ein Maß für den zu messenden Druck ist; dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der ersten und zweiten Elektroden eine leitfähige Schicht aufweist, die Metall und Glas enthält, wobei das Metall mindestens ein Edelmetallelement umfasst, und das Glas bei 900°C hochvakuumstabil ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, wobei das Metall als Legierung der beiden Edelmetall-Elemente vorliegt.
Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Metall koexistierende Domänen der Edelmetall-Elemente umfasst.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Schicht ein Verhältnis der Volumenanteile des Metalls zu Glas von nicht mehr als 4:1 vorzugsweise nicht mehr als 3:1, weiter bevorzugt nicht mehr als 2,5:1, und besonders bevorzugt nicht mehr als 2,3:1 aufweist.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Schicht ein Verhältnis der Volumenanteile von Metall zu Glas von nichtweniger als 1,5:1 vorzugsweise nichtweniger als 1,8:1, weiter bevorzugt nicht weniger als 2,1:1 aufweist.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Edelmetallelemente aus der Gruppe 10 oder 11 des Periodensystems der Elemente gemäß der so genannten neuen Notation sind, insbesondere Au, Ag, Pd und/oder Pt.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Edelmetallelemente jeweils mindestens ein Edelmetall der Gruppe 11 und mindestens ein Edelmetall der Gruppe 10 umfassen, insbesondere Au in Kombination mit Pt oder Ag in Kombination mit Pd.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das stöchiometrische Verhältnis zwischen Metallen von Gruppe 11 zu Metallen von Gruppe 10 nicht mehr als 20:1, vorzugsweise nicht mehr als 10:1 und weiter bevorzugt nicht mehr als 5:1 beträgt.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das stöchiometrische Verhältnis zwischen Metallen von Gruppe 11 zu Metallen von Gruppe 10 gemäß der ersten Ausgestaltung nicht weniger als 1,5:1, vorzugsweise nichtweniger als 2:1 und weiter bevorzugt nicht weniger als 3:1 beträgt.
Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das stöchiometrische Verhältnis zwischen Metallen von Gruppe 10 zu Metallen von Gruppe 11 nicht weniger als 3,5:1, vorzugsweise nicht weniger als 4:1 und weiter bevorzugt nicht weniger als 5:1 beträgt.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Schicht ein Glas umfasst, welches abgesehen von ggf. vorhandenen Verunreinigungen kein Blei- und/oder kein Bor enthält.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Schicht ein Glas umfasst, welches Oxide von Barium, Silizium und/oder Aluminium aufweist, insbesondere nicht weniger als 45 Masse-% und nicht mehr als 60 Masse-% SiO₂, nicht weniger als 30 Masse-% und nicht mehr als 40 Masse-% BaO, sowie nicht weniger als 8 Masse-% und nicht mehr als 16 Masse-% Al₂O₃.
Drucksensor nach Anspruch 13, wobei die leitfähige Schicht ein Glas umfasst, welches nicht weniger als 50 Masse-% und nicht mehr als 56 Masse-% SiO₂, nicht weniger als 33 Masse-% und nicht mehr als 37 Masse-% BaO, sowie nicht weniger als 10 Masse-% und nicht mehr als 14 Masse-% Al₂O₃ enthält.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Schicht eine Stärke von nicht mehr als 8 μm, bevorzugt nicht mehr als 6 μm und besonders bevorzugt nicht mehr als 4 μm aufweist.
Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drucksensor ein Absolutdrucksensor, ein Relativdrucksensor oder ein Differenzdrucksensor ist.
Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material der leitfähigen Schicht als Paste mittels Siebdruck auf der Oberfläche des Grundkörpers bzw. der Oberfläche der Messmembran aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Paste kann beispielsweise etwa 1/4 bis 2/5 Massenanteile des organischen Binders und etwa 3/4 bis 3/5 Massenanteile der Metall- und Glasmischung aufweist
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Paste Edelmetallpartikel mit einer BET-Oberfläche von nicht weniger als 0,08 m^2/g, vorzugsweise nicht weniger als 0,12 m^2/g und weiter bevorzugt nicht weniger als etwa 0,25 m^2/g aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der organische Binder Ethylcellulose in Terpineol oder Dibutylphthalat umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Korngröße der Glasbestandteile in der Paste nicht mehr als 5 μm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei nach dem Auftragen der Paste eine Trocknung erfolgt bei einer Temperatur zwischen etwa 100°C und 200°C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei die Leitfähige Schicht gebrannt wird in einem Brennprozess mit einer Maximaltemperatur von mindestens 900°C, vorzugsweise mindestens etwa 930°C bis 960°C und besonders bevorzugt etwa 950°C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei die keramischen Komponenten eines Drucksensors mit den präparierten leitfähigen Schichten in einem Hochvakuumlötprozess mit einem Druck von nicht mehr als etwa 10^-6 mbar und Temperaturen von nicht weniger als etwa 900°C mit Aktivhartlot gefügt werden.