液态金属在汽车压力传感器上应用

据Transparency Market研究机构的一份报告称，2020年，全球压力传感器市场规模预计将达到93.6亿美元。其最大的应用市场是汽车，另外如航空、石油天然气、消费电子、重型机械、工业、医疗等方面都有需求。本案例主要分析液态金属技术在汽车压力传感器市场的经济性和工程技术优势。

面临挑战

除了技术进步，法律法规的改变是压力传感器在汽车市场需求越来越大的主要原因。

美国目前的胎压法律已经执行了8年，在提高汽车的安全和燃油效率上取得了良好的效果。但是目前的传感器存在价格贵和受到环境或者一些微小制造缺陷的影响容易失效等缺点。预计未来5年内汽车压力监测系统将增量至3倍，这将创造巨大的市场机会。同时，随着市场需求的增加，无疑给制造商的良率提出了更高的要求。

用于压力传感器的典型材料是17-4PH和316L不锈钢。随着使用时间的增加，这些材料都会出现物理变形、变脆和其他性能的改变。不管是液体还是气体监测，温度都会对钢的性能产生不良影响。最普遍的失效是由于压力过高并且伴随腐蚀发生的突然失效。17-4PH可以承受的峰值压力比316L不锈钢高，但是耐腐蚀性差一些。

使用不锈钢也必须保护其电子设备免受其所监测的液体或气体的破坏性影响。两者都是具有挑战性的要求，因为这些材料经历周期性应力后，可生成微裂缝，从而允许流体和气体穿透感测装置。

解决方案

首先，塑胶模具注塑成型的一些概念完全可以用于金属。具有复杂形状的金属件也可以通过模具一步成型，且具有很好的强度、硬度，质轻，耐腐蚀等性能。不同的压力传感器包含多种不同的部件，相对传统的技术，液态金属可以提供多种制造方法。   

长期精度

一个制造良好的传感器要求横膈膜在产品生命周期内经过数十年千万次的循环仍然能保持所要求的机械性能。用液态金属制造的膜片表现极其稳定，展现了很好的弹性挠度。因为卓越的弹性，液态金属成功应用在医疗镊子上，其疲劳寿命提高了10倍。

体积和重量

很多的应用需要传感器的体积和重量最小化。
液态金属比钛合金的强度更高，其制造的传感器相比传统金属可以更小，更轻，同时性能还更好。

峰值压力

液态金属的高强度可以使具有高灵敏性的传感器承受极高的压力。

耐腐蚀性

液态金属在水、盐溶液和许多酸溶液中具有很好的耐腐蚀，使其适合在许多严酷的环境中使用。下表展示了液态金属比316L不锈钢在盐酸和硫酸中表现除了超强的耐腐蚀性。

无磁性

液态金属是无磁性的，这在有磁性的环境中液态金属是一个很好的选择。跟不锈钢不同，液态金属是抗磁的，不会被磁化。

不易变形

与传统金属不一样，液态金属不会有塑性变形，意味着当超出弹性极限时就直接断裂不会产生弯曲现象。这个性能可以用于传感器设计成两相模式（工作或者不工作）或者用于超出压力保护。


密封性

液态金属可以将传感器的壳体和隔膜在一个模具里成型完成组装，这就消除了不同件之间密封不好的缺陷。