湿热耦合环境下陶瓷压力传感器膜片力学退化机理与可靠性阈值

摘要

针对陶瓷压力传感器在湿热耦合环境下的失效难题，系统研究了介质、温度与应力对96%氧化铝膜片力学性能的协同演化规律。结合加压浸泡试验、微观表征与Weibull统计分析，揭示了温度加速水分子侵蚀晶界玻璃相的应力腐蚀机理，测得腐蚀反应表观活化能为51.9 kJ·mol^-1。结果表明，纯水环境致使膜片特征强度衰减约15%，且Weibull模数从23.05降至20.61，证实腐蚀显著增加了材料的失效离散性。研究定量识别了10%含水率为制动液环境的临界风险阈值；通过1500 h长周期疲劳测试，确立了107 MPa为抑制亚临界裂纹扩展的工程安全应力阈值。本研究定量识别了湿热环境下的临界水活度与应力阈值，为陶瓷压力传感器的可靠性设计提供了理论依据。

关键词

陶瓷感压膜片 / 氧化铝陶瓷 / 临界应力 / 亚临界裂纹扩展 / 双轴弯曲强度