本發(fā)明涉及傳感器材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓力傳感器材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，傳統(tǒng)的壓力傳感器以機(jī)械結(jié)構(gòu)型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大、質(zhì)量重，不能提供電學(xué)輸出。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體壓力傳感器也應(yīng)運(yùn)而生。其特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、準(zhǔn)確度高、溫度特性好。特別是隨著mems技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器向著微型化發(fā)展，而且其功耗小、可靠性高。是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)?；蛟谝欢芜B續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)。而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。

但是，隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，尤其是大規(guī)模智能電路的迅猛發(fā)展，使得對(duì)元器件，尤其是傳感器的要求越來越嚴(yán)，其使用環(huán)境也越來越廣泛和苛刻，新型高性能的傳感器材料受到了廣泛的研究，壓力傳感器材料是其中一個(gè)重要的研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種壓力傳感器材料，該壓力傳感器材料具有較高的非線性系數(shù)、較低的泄露電流、較強(qiáng)的抗大電流能力和較高的電壓梯度，同時(shí)其密度小、強(qiáng)度高、耐鈍性能優(yōu)異、耐熱性能好，且本發(fā)明的壓力傳感器材料的制備方法簡單、原料易得、生產(chǎn)成本低，具有良好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種壓力傳感器材料，包括以下重量份的原料：

三氧化二鉍5-10份、碳酸鈉5-10份、二氧化鈦10-20份、氧化鋅55-65份、三氧化二鈷0.5-1份、鈦酸鍶4-6份、稀土元素氧化物5-10份、硝酸鋁2-5份、二氧化硅3-6份、聚乙烯醇10-20份。

優(yōu)選地，所述壓力傳感器材料包括以下重量份的原料：

三氧化二鉍8份、碳酸鈉8份、二氧化鈦15份、氧化鋅60份、三氧化二鈷0.8份、鈦酸鍶5份、稀土元素氧化物8份、硝酸鋁3份、二氧化硅4.5份、聚乙烯醇15份。

優(yōu)選地，所述稀土元素氧化物為氧化鑭、氧化釔、氧化錸、氧化鐿中的一種或幾種。

本發(fā)明還提供了一種壓力傳感器材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，將三氧化二鉍、碳酸鈉、二氧化鈦混合，加入去離子水，球磨10-15小時(shí)，然后進(jìn)行干燥得到粉體，在空氣環(huán)境下將所述粉體于880-950℃下保溫3-5小時(shí)得到混合物a；

步驟二，將稀土元素氧化物在350-450℃預(yù)熱1-2小時(shí)，隨后在氮?dú)夥諊袦囟葹?50-1050℃下煅燒1-3小時(shí)得到燒結(jié)物b；

步驟三，將步驟一制得的混合物a、步驟二制得的混合物b、氧化鋅、三氧化二鈷、鈦酸鍶、硝酸鋁、二氧化硅進(jìn)行球磨1-2小時(shí)，用去離子水洗2-4次，隨后再混合等體積的去離子水加入到行星式球磨機(jī)中，以800-900r/min濕磨10-12小時(shí)，取出濕磨后的混合物，置于200-250℃中烘烤1-2小時(shí)，過篩得到粉體c，保證得到的粉體粒徑在90-110nm；

步驟四，將步驟三制得的粉體與聚乙烯醇混合，加入等質(zhì)量的去離子水，放入攪拌機(jī)中攪拌8-10小時(shí)，轉(zhuǎn)速1000-1200r/min，攪拌均勻后，對(duì)所述混合物進(jìn)行噴霧造粒，得到壓力傳感器材料。

優(yōu)選地，所述步驟一中球磨時(shí)間為13小時(shí)，保溫溫度910℃、保溫時(shí)間4小時(shí)。

優(yōu)選地，所述步驟二中預(yù)熱溫度為400℃、預(yù)熱時(shí)間為1.5小時(shí)，煅燒溫度1000℃、煅燒時(shí)間2小時(shí)。

優(yōu)選地，所述步驟三為：將步驟一制得的混合物a、步驟二制得的混合物b、氧化鋅、三氧化二鈷、鈦酸鍶、硝酸鋁、二氧化硅進(jìn)行球磨1.5小時(shí)，用去離子水洗3次，隨后再混合等體積的去離子水加入到行星式球磨機(jī)中，以850r/min濕磨11小時(shí)，取出濕磨后的混合物，置于225℃中烘烤1.5小時(shí)，過篩得到粉體c，保證得到的粉體粒徑在90-110nm。

優(yōu)選地，所述步驟四中攪拌時(shí)間為9小時(shí)、轉(zhuǎn)速1100r/min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

（1）本發(fā)明的壓力傳感器材料通過引入稀土元素，使得所制備的壓力傳感器材料具有較高的非線性系數(shù)、較低的泄露電流、較強(qiáng)的抗大電流能力和較高的電壓梯度。

（2）本發(fā)明的壓力傳感器材料密度小強(qiáng)度高，比強(qiáng)度大，耐鈍性能優(yōu)異，耐熱性能好，在600℃的高溫下，仍保持較好的性能。

（3）本發(fā)明的壓力傳感器材料通過對(duì)主晶材料、半導(dǎo)體材料以及助燒材料的成分和配比進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)測試表明，所制備得到的環(huán)形壓敏電阻器的電壓在0-300℃的升溫環(huán)境中變化不超過8%，可以在較高的工作環(huán)境溫度下工作。

（4）本發(fā)明的壓力傳感器材料的制備方法簡單、材料易得、生產(chǎn)成本較低、適合大規(guī)模工業(yè)制備，具有較廣泛的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1.

本實(shí)施例的壓力傳感器材料，包括以下重量份的原料：

三氧化二鉍5份、碳酸鈉5份、二氧化鈦10份、氧化鋅55份、三氧化二鈷0.5份、鈦酸鍶4份、氧化釔5份、硝酸鋁2份、二氧化硅3份、聚乙烯醇10份。

本實(shí)施例的壓力傳感器材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，將三氧化二鉍、碳酸鈉、二氧化鈦混合，加入去離子水，球磨10小時(shí)，然后進(jìn)行干燥得到粉體，在空氣環(huán)境下將所述粉體于880℃下保溫3小時(shí)得到混合物a；

步驟二，將氧化釔在350℃預(yù)熱1小時(shí)，隨后在氮?dú)夥諊袦囟葹?50℃下煅燒1小時(shí)得到燒結(jié)物b；

步驟三，將步驟一制得的混合物a、步驟二制得的混合物b、氧化鋅、三氧化二鈷、鈦酸鍶、硝酸鋁、二氧化硅進(jìn)行球磨1小時(shí)，用去離子水洗2次，隨后再混合等體積的去離子水加入到行星式球磨機(jī)中，以800r/min濕磨10小時(shí)，取出濕磨后的混合物，置于200℃中烘烤1小時(shí)，過篩得到粉體c，保證得到的粉體粒徑在90nm；

步驟四，將步驟三制得的粉體與聚乙烯醇混合，加入等質(zhì)量的去離子水，放入攪拌機(jī)中攪拌8小時(shí)，轉(zhuǎn)速1000r/min，攪拌均勻后，對(duì)所述混合物進(jìn)行噴霧造粒，得到壓力傳感器材料。

實(shí)施例2.

本實(shí)施例的壓力傳感器材料，包括以下重量份的原料：

三氧化二鉍10份、碳酸鈉10份、二氧化鈦20份、氧化鋅65份、三氧化二鈷1份、鈦酸鍶6份、氧化鑭10份、硝酸鋁5份、二氧化硅6份、聚乙烯醇20份。

本實(shí)施例的壓力傳感器材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，將三氧化二鉍、碳酸鈉、二氧化鈦混合，加入去離子水，球磨15小時(shí)，然后進(jìn)行干燥得到粉體，在空氣環(huán)境下將所述粉體于950℃下保溫5小時(shí)得到混合物a；

步驟二，將氧化鑭在450℃預(yù)熱2小時(shí)，隨后在氮?dú)夥諊袦囟葹?050℃下煅燒3小時(shí)得到燒結(jié)物b；

步驟三，將步驟一制得的混合物a、步驟二制得的混合物b、氧化鋅、三氧化二鈷、鈦酸鍶、硝酸鋁、二氧化硅進(jìn)行球磨2小時(shí)，用去離子水洗4次，隨后再混合等體積的去離子水加入到行星式球磨機(jī)中，以900r/min濕磨12小時(shí)，取出濕磨后的混合物，置于250℃中烘烤2小時(shí)，過篩得到粉體c，保證得到的粉體粒徑在110nm；

步驟四，將步驟三制得的粉體與聚乙烯醇混合，加入等質(zhì)量的去離子水，放入攪拌機(jī)中攪拌10小時(shí)，轉(zhuǎn)速1200r/min，攪拌均勻后，對(duì)所述混合物進(jìn)行噴霧造粒，得到壓力傳感器材料。

實(shí)施例3.

本實(shí)施例的壓力傳感器材料，包括以下重量份的原料：

三氧化二鉍8份、碳酸鈉8份、二氧化鈦15份、氧化鋅60份、三氧化二鈷0.8份、鈦酸鍶5份、氧化鐿8份、硝酸鋁3份、二氧化硅4.5份、聚乙烯醇15份。

本實(shí)施例的壓力傳感器材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，將三氧化二鉍、碳酸鈉、二氧化鈦混合，加入去離子水，球磨13小時(shí)，然后進(jìn)行干燥得到粉體，在空氣環(huán)境下將所述粉體于910℃下保溫4小時(shí)得到混合物a；

步驟二，將氧化鐿在400℃預(yù)熱1.5小時(shí)，隨后在氮?dú)夥諊袦囟葹?000℃下煅燒2小時(shí)得到燒結(jié)物b；

步驟三，將步驟一制得的混合物a、步驟二制得的混合物b、氧化鋅、三氧化二鈷、鈦酸鍶、硝酸鋁、二氧化硅進(jìn)行球磨1.5小時(shí)，用去離子水洗3次，隨后再混合等體積的去離子水加入到行星式球磨機(jī)中，以850r/min濕磨11小時(shí)，取出濕磨后的混合物，置于225℃中烘烤1.5小時(shí)，過篩得到粉體c，保證得到的粉體粒徑在90-110nm；

步驟四，將步驟三制得的粉體與聚乙烯醇混合，加入等質(zhì)量的去離子水，放入攪拌機(jī)中攪拌9小時(shí)，轉(zhuǎn)速1100r/min，攪拌均勻后，對(duì)所述混合物進(jìn)行噴霧造粒，得到壓力傳感器材料。

實(shí)施例4.

本實(shí)施例的壓力傳感器材料，包括以下重量份的原料：

三氧化二鉍6份、碳酸鈉6份、二氧化鈦13份、氧化鋅58份、三氧化二鈷0.7份、鈦酸鍶5份、氧化錸7份、硝酸鋁3份、二氧化硅4份、聚乙烯醇18份。

本實(shí)施例的壓力傳感器材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，將三氧化二鉍、碳酸鈉、二氧化鈦混合，加入去離子水，球磨14小時(shí)，然后進(jìn)行干燥得到粉體，在空氣環(huán)境下將所述粉體于900℃下保溫4.5小時(shí)得到混合物a；

步驟二，將氧化錸在380℃預(yù)熱1.7小時(shí)，隨后在氮?dú)夥諊袦囟葹?020℃下煅燒1.5小時(shí)得到燒結(jié)物b；

步驟三，將步驟一制得的混合物a、步驟二制得的混合物b、氧化鋅、三氧化二鈷、鈦酸鍶、硝酸鋁、二氧化硅進(jìn)行球磨1.5小時(shí)，用去離子水洗3次，隨后再混合等體積的去離子水加入到行星式球磨機(jī)中，以850r/min濕磨11小時(shí)，取出濕磨后的混合物，置于220℃中烘烤1.5小時(shí)，過篩得到粉體c，保證得到的粉體粒徑在100nm；

步驟四，將步驟三制得的粉體與聚乙烯醇混合，加入等質(zhì)量的去離子水，放入攪拌機(jī)中攪拌8.5小時(shí)，轉(zhuǎn)速1100r/min，攪拌均勻后，對(duì)所述混合物進(jìn)行噴霧造粒，得到壓力傳感器材料。

本發(fā)明的壓力傳感器材料通過引入稀土元素，使得所制備的壓力傳感器材料具有較高的非線性系數(shù)、較低的泄露電流、較強(qiáng)的抗大電流能力和較高的電壓梯度，同時(shí)材料密度小強(qiáng)度高，比強(qiáng)度大，耐鈍性能優(yōu)異，耐熱性能好，在600℃的高溫下，仍保持較好的性能。本發(fā)明的壓力傳感器材料的制備方法簡單、材料易得、生產(chǎn)成本較低、適合大規(guī)模工業(yè)制備，具有較廣泛的應(yīng)用前景。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。