[發明專利]一種以中子輻照的碳化硅晶體為傳感器的測溫方法

有效

• 申請號: 200910069820.5
• 申請日: 2009-07-22
• 公開（公告）號: CN101598606A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 阮永豐;張興;馬鵬飛;薛秀生;李文潤;張玉新
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽發動機設計研究所;天津大學
• 主分類號: G01K11/30
• 分類號: G01K11/30
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 侯 力

【技術領域】：本發明屬于測量測試技術領域，特別涉及一種以中子輻照后的碳化硅晶體為傳感器的測溫方法。?

【背景技術】：現代科學技術和國防事業及民用的重大設備設施等，對于高溫、特別是封閉工作系統的高溫的測試，提出了不植入熱電偶、光纖等有線傳感器的非侵入式(non-intrusively)測試的需求。世界各先進工業國家，在非侵入式高溫測量技術方面，相繼投入了很大的人力和物力，并已取得了較大的進展。從現有已公開的文獻來看，目前國際、國內對于低溫(500～800℃)、中溫(800～1200℃)的測試，一般解決得較好。對于不超過1200℃的溫度測試，采用在被測零部件(如渦輪機葉片)上涂敷“示溫漆”是現行的較為成熟而簡易的方法^[1]。對于封閉工作系統的高溫測試，也有利用熱輻射原理、以高發射率材料為感溫介質、并依賴遠端的光學系統接受光信號以顯示溫度的光學方法^[2]。此外，還有利用中子衍射現場測量被測零部件(如渦輪機輪盤等)在高溫下的熱膨脹以獲取溫度信息的中子衍射法^[3]。以上所述的各種非侵入式測溫方法，或因材料本身的限制(如示溫漆)，或因需作現場測試而導致測試系統的龐大和復雜(如光學方法和中子衍射法)，對于1200℃以上的高溫測試，或無能為力，或操作困難，且精度較差。?

關于晶體測溫及相關研究的文獻，國內外并不多見。1998年，日本人T.Yano(矢野)等人報告了對中子輻照的β-SiC晶體(一種立方晶系的SiC晶體，又稱3C-SiC晶體)進行的晶格常數隨退火溫度變化規律的研究^[4]，此后，2003年，A.A.Volinsky等曾報告了以中子輻照的3C-SiC晶體為傳感器的測溫方法^[5]。此種方法的缺陷是所使用的碳化硅晶體為未經摻雜的高純度晶體，致使為在使用時能夠記錄溫度信息而需事先經受的中子輻照的劑量(與總通量同，以下同)特大，其總通量(flux，在有的文獻中也寫作fluence)需達1.0×10²²/cm²以上^[4]，此種劑量要求的中子輻照目前在中國國內幾乎不能實現。迄今，在中國國內，尚未見有任何非侵入式的晶體測溫的公開報告或專利。從2003年6月開始，中航集團公司沈陽發動機設計研究所兩次立項委托天津大學開展了有關非侵入式晶體測溫的研究，其研究成果尚未作公開。?

【發明內容】：本發明目的是克服現有技術存在的上述不足，提供一種以中子輻照的碳化硅晶體為傳感器的測溫方法。?

研究表明，中子輻照后的6H-SiC晶體，其X-光衍射峰的半高寬隨退火溫度呈線性規律變化，可作為一種溫度傳感技術，應用于1200℃以上的封閉工作系統的零部件溫度的測試，本發明由此產生。?

本發明方法選用摻氮的6H-SiC晶體為測溫晶體，通過一定劑量的中子輻照，使晶體內部產生大量缺陷。此種缺陷在高溫下可被回復，回復的程度依賴于退火溫度，并可被X-光衍射檢測。將此種經過中子輻照的碳化硅晶體的小片或顆粒埋設在被測物件的表層或表面，當被測物件達到一定溫度時，測溫晶體也達到了同樣溫度，并使晶體的輻照損傷在該溫度下得到了一定程度的回復。利用X-光衍射為檢測手段，測試該晶體的(006)面的X-光衍射峰的半高寬，對比事先標定好了的F-T標準曲線，即可得知待測物件的當時最高溫度。?

本發明所述的以中子輻照的碳化硅晶體為傳感器的測溫方法的步驟包括：?

第一、選用某同一批次的摻氮的α型6H-SiC晶體作為測溫晶體，并加工成小塊、顆粒或薄片的形狀，其尺寸較小，以便于埋設、剝離、測試且不破壞被測物件及其工作狀態為原則。?

第二、對上步選用的測溫晶體進行中子輻照，輻照溫度不高于100℃，輻照的總通量不低于10¹⁷/cm²；?

第三、繪制F-T標準曲線，將第二步經過中子輻照的測溫晶體分別進行不同溫度的退火處理，同時記錄退火溫度T，然后分別測試經退火處理后的各測溫晶體的(006)面的X-光衍射峰的半高寬F(Full?Width?at?HalfMaximum，簡稱FWHM，以F代表；使用X-光衍射儀的2θ掃描方式，或使用高分辨X-光衍射儀的ω掃描方式測得，以下同)，以F為縱坐標，以T為橫坐標，繪制出該批次測溫晶體的F隨T變化的曲線，該曲線稱作F-T標準曲線，參見圖2；由圖2可見，在高溫(高于700℃)區段，F與T成線性關系。?