陶瓷压力传感器及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种陶瓷压力传感器，其具有陶瓷基体;陶瓷测量膜，该陶瓷测量膜布置在基体上，并且可以被加载待测量的压力；以及在测量膜下面封闭在基体中的压力测量室。
【背景技术】
[0002]陶瓷压力传感器在几乎每个工业测量领域都广泛地使用。
[0003]陶瓷压力传感器可以设计为绝对压力传感器，它们可以测量相对于真空作用在测量膜上的绝对压力。它们也可以设计为相对压力传感器，用于测量相对于应用于压力测量室的诸如当前大气压力的参考压力作用在测量膜上的压力。可选地，可以将其设计为具有布置在两个基体之间的测量膜、同时在每个情况下封闭压力测量室的差压传感器，并且该差压传感器测量作用在测量膜的第一侧上的第一压力与作用在测量膜的第二侧上的第二压力之间的差压。
[0004]现今，陶瓷压力传感器常常被设计为所谓的电容压力传感器。电容压力传感器具有电容转换器，其用于通过测量来确定取决于作用在测量膜上的压力的、测量膜的偏转。陶瓷电容压力传感器通常具有布置在面向基体的测量膜的一侧上的电极，以及布置在面向测量膜的基体的一侧上的对电极。电极和对电极通常是溅射到测量膜内侧上或者溅射到面向测量膜的基体端面上的金属层。对电极通常由接触针电连接，该接触针插入在溅射对电极之前穿过基体的直孔中。电极和对电极形成具有电容的电容器，该电容取决于测量膜的偏转，并且例如借助电容测量电路检测，并且经由例如预先以校正方法已确定的特征曲线分配到对应的压力测量结果。
[0005]现今，陶瓷压力传感器的陶瓷基体以及陶瓷测量膜通常由灌入预制模型的颗粒制成。然后，通过精确装配、相应成形的冲压机将颗粒压入模型中，并且烧结压制的颗粒。
[0006]这样，可以通过比较低的生产公差来生产基体和测量膜的简单几何形状，诸如圆盘或圆柱。而且，可以通过随后精密磨削烧结体进一步提高可完成的生产公差。然而，使用这种方法的复杂几何体的生产受到很窄的限制。
[0007]当压制颗粒时，会出现不均性，其会在烧结体中生成细孔。烧结体的形状越复杂，可能发生不均性的危险就越大。细孔减少了烧结体的抗压强度。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提出一种使用可替选的生产方法生产的陶瓷压力传感器，以及一种生产该压力传感器的方法，借此，特别地可生成具有极小细孔的、测量膜和/或基体更复杂的形状。
[0009]该目的通过一种压力传感器实现，该压力传感器包括:陶瓷基体；陶瓷测量膜，该陶瓷测量膜布置在该基体上，并且可以被加载待测量的压力；以及在该测量膜下封闭在基体中的压力测量室;其特征在于:该基体和/或测量膜具有用3-D打印方法彼此施加并且通过纳米粉末层的选择性激光熔化产生的层。
[0010]根据优选实施例，该层具有微米范围的层厚度。
[0011]根据第一种开发情况，该基体和/或测量膜包括由相应足迹(footprint)的堆叠的层构成的至少一个结构。
[0012]根据第一种开发情况的一个实施例:该基体在其面向测量膜的端面上具有隆起，该隆起是由堆叠的层构成的结构。
[0013]第一种开发情况另外的实施例提供:该测量膜在中心区域具有加固，以及该加固是由堆叠的层构成的结构。
[0014]第一种开发情况另外的实施例提供:测量膜的外边由接头连接到面向测量膜的基体端面的外边;在面向直接邻接接头的内侧的测量膜的基体端面区域中，该基体具有被闭合形成环的凹槽；以及该凹槽是由在面向测量膜的基体层中的堆叠的开口构成的结构，开口被闭合形成环。
[0015]第二种开发情况提供:该压力传感器具有电容机电转换器，用于测量测量膜的偏转，测量膜的偏转取决于作用在测量膜上的压力；该转换器具有布置在面向基体的测量膜的一侧上的电极和布置在面向测量膜的基体的一侧上的对电极；以及该电极和/或对电极具有以3-D打印方法打印的至少一个层，特别是通过施加金属纳米粉末层生成的层、特别是选择性激光熔化及随后的硬化的由钛或钽金属粉末构成的纳米粉末层。
[0016]第三种开发情况提供:压力传感器具有电容机电转换器，用于测量测量膜的偏转，测量膜的偏转取决于作用在测量膜上的压力;该转换器具有布置在面向测量膜的基体的一侧上的对电极，特别地，对电极具有通过施加金属纳米粉末层生成的至少一个层、特别是由选择性激光熔化及随后的硬化钛或钽金属纳米粉末构成的纳米粉末层；该基体包括连接线，该连接线从对电极延伸到布置在基体的外侧表面上的连接点，特别是延伸到布置在基体的外部侧表面上的连接点；该基体具有堆叠层，该堆叠层通过纳米粉末层的选择性激光熔化生产，并且该连接线延伸通过该堆叠层;这些层中的每一个具有一个陶瓷区域和一个金属区域;邻接的层的金属区域彼此相邻;并且相邻的金属区域形成所述连接线。
[0017]在优选的实施例中，压力传感器具有膜床，该膜床由通过纳米粉末层的选择性激光熔化生产的堆叠层构建。
[0018]另一个优选实施例提供:在基体中提供孔，该孔延伸通过基体，并且终止于压力测量室;该基体具有堆叠的层，该堆叠层通过纳米粉末层的选择性激光熔化生产，该孔延伸通过该堆叠层；以及该孔由在这些层中提供的邻接的开口构成。
[0019]在另一个实施例中，基体和/或测量膜由超纯陶瓷构成，特别是超纯氧化铝，特别是具有大于或等于95%、特别是大于或等于99%纯度的氧化铝(Al2O3),或者超纯氧化锆，特别是具有大于或等于95%、特别是大于或等于99%纯度的氧化锆(ZrO2)构成。
[0020]而且，本发明包括一种生产根据本发明的压力传感器的方法，其特征在于:以3-D打印方法生成压力传感器的陶瓷层，其中每个陶瓷层如下地生成:在纳米粉末层中，特别是通过涂刷器，施加陶瓷纳米粉末;通过选择性激光熔化，特别是通过生成短周期激光脉冲的脉冲激光、特别是微微秒激光或毫微微秒激光执行的选择性激光熔化，完全熔化形成该层的纳米粉末层的区域并且随后硬化。
[0021]在用于生产根据第二种开发情况的压力传感器的根据本发明的方法的开发中，以3-D打印方法生成压力传感器的金属层，其中每个金属层如下地生成:在纳米粉末层中，特别是通过涂刷器，施加金属的纳米粉末;通过选择性激光熔化，特别是通过生成短周期激光脉冲的脉冲激光、特别是微微秒激光或毫微微秒激光执行的选择性激光熔化，完全熔化形成该层的纳米粉末层的金属区域并且随后硬化。
[0022]在用于生产根据第三种开发情况或参照其引用的实施例的压力传感器的根据本发明的方法的开发中，该压力传感器具有包括至少一个金属区域和至少一个陶瓷区域的至少一个层，以3-D打印方法生成具有至少一个金属和至少一个陶瓷区域的层，其中:在纳米粉末层中，特别是通过涂刷器，施加陶瓷的纳米粉末;通过选择性激光熔化，特别是通过生成短周期激光脉冲的脉冲激光、特别是微微秒激光或毫微微秒激光执行的选择性激光熔化，完全熔化形成该层的陶瓷区域的陶瓷纳米粉末层的区域并且随后硬化;去除未熔化的陶瓷纳米粉末；在纳米粉末层中因去除陶瓷纳米粉末而引起的开口中引入金属的纳米粉末；以及通过选择性激光熔化，