[發(fā)明專利]一種SiCN陶瓷無(wú)線無(wú)源溫度傳感器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310416802.6
• 申請(qǐng)日: 2013-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103487155A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余煜璽;李燕;傘海生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K7/00
• 分類號(hào): G01K7/00;C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溫度傳感器，尤其是涉及一種SiCN陶瓷無(wú)線無(wú)源溫度傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)內(nèi)部工作環(huán)境非常惡劣，溫度極高（>1000℃），現(xiàn)有的溫度傳感器系統(tǒng)多采用光纖（J.H.Wo,Q.Z.Sun,H.Liu,et.al,Optical?Fiber?Technology19(2013)289-292）或低頻有源的工作方式(M.A.Fonseca,J.M.English,and?M.G.Allen,J.Microelectromech.Syst.11(2002)337-343)，在如此惡劣的環(huán)境下根本無(wú)法正常工作，因而渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏，嚴(yán)重限制了航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝備技術(shù)發(fā)展。同時(shí)，現(xiàn)有溫度傳感器的有線有源系統(tǒng)，不能安裝在可動(dòng)部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片）上進(jìn)行工作。因此，急需要開(kāi)發(fā)可應(yīng)用于惡劣工作環(huán)境的耐超高溫（>800℃）的無(wú)線溫度傳感器，這種傳感器尤其可在發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上進(jìn)行工作。超高溫溫度傳感器研發(fā)的困境在于耐高溫敏感元件的制備和對(duì)應(yīng)的無(wú)線信號(hào)收集方式的開(kāi)發(fā)。

聚合物先驅(qū)體熱解法制備陶瓷是利用聚合物先驅(qū)體良好的流動(dòng)性、成型性、可加工性以及結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，將聚合物先驅(qū)體進(jìn)行高溫?zé)峤庵苽湎冗M(jìn)陶瓷材料的一種新型成型方法。聚合物先驅(qū)體熱解法制備的陶瓷材料耐高溫、抗氧化、耐腐蝕，同時(shí)制作過(guò)程簡(jiǎn)便、成本低廉，燒結(jié)溫度可降低至1000℃，是國(guó)際上研究的熱點(diǎn)材料。聚合物先驅(qū)體聚硅氮烷制備的SiCN陶瓷耐高溫、抗腐蝕、耐輻射，是一種新型的半導(dǎo)體材料，更重要的是該SiCN陶瓷在微波頻段下的介溫特性呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系，因此該材料可用于開(kāi)發(fā)新型超高溫?zé)o線無(wú)源溫度傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有溫度傳感器所存在的溫敏元件工作溫度較低，有線測(cè)量難以承受高溫腐蝕環(huán)境等技術(shù)問(wèn)題，提供可在高溫高濕酸堿等惡劣環(huán)境下使用的一種SiCN陶瓷無(wú)線無(wú)源溫度傳感器及其制備方法。

本發(fā)明所述SiCN陶瓷無(wú)線無(wú)源溫度傳感器設(shè)有圓柱形SiCN非晶態(tài)陶瓷溫敏元件，在圓柱形SiCN非晶態(tài)陶瓷溫敏元件的表面設(shè)有耐高溫金屬層并形成諧振腔，在諧振腔表面設(shè)有槽天線。

所述圓柱形SiCN非晶態(tài)陶瓷溫敏元件的直徑可為9～15mm,厚度可為1～5mm。圓柱形SiCN非晶態(tài)陶瓷溫敏元件可通過(guò)聚合物先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備，所述圓柱形SiCN非晶態(tài)陶瓷可耐1400℃甚至更高的溫度。

所述耐高溫金屬層是指熔點(diǎn)超過(guò)1000℃的金屬層；所述耐高溫金屬層的厚度可為8～25μm。

當(dāng)發(fā)射信號(hào)端給一頻率在5～15GHz的寬頻微波信號(hào)，開(kāi)槽天線對(duì)此信號(hào)進(jìn)行接收，并在諧振腔內(nèi)共振選頻，選頻后(諧振頻率10.6GHz)的信號(hào)又通過(guò)開(kāi)槽天線傳送給接收模塊電路,完成無(wú)線溫度傳感器信息采集，此傳感器通過(guò)微波電磁場(chǎng)進(jìn)行信號(hào)的傳輸，克服布線問(wèn)題，具有體積小質(zhì)量輕無(wú)須任何供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，既能實(shí)現(xiàn)高溫原位測(cè)量，又能實(shí)現(xiàn)在可動(dòng)部件上的測(cè)量，大大拓寬了溫度傳感器的使用范圍。

所述SiCN陶瓷無(wú)線無(wú)源溫度傳感器的制備方法，包括以下步驟：

1）制備圓柱形SiCN非晶態(tài)陶瓷溫敏元件；

（1）先制備SiCN陶瓷素胚，具體方法如下：

方法1：將先驅(qū)體聚硅氮烷與熱引發(fā)劑過(guò)氧化二異丙苯（DCP）混合后，進(jìn)行熱交聯(lián)，使其由液態(tài)的聚硅氮烷變?yōu)楣虘B(tài)的聚硅氮烷，研磨成粉末后，壓成SiCN陶瓷素胚；

方法2：將聚硅氮烷與光引發(fā)劑混合后，放入模具中進(jìn)行紫外交聯(lián)，得到淡黃色SiCN陶瓷素胚；

方法3：將聚硅氮烷與光引發(fā)劑混合后，進(jìn)行紫外交聯(lián)后，研磨成粉末后，壓成SiCN陶瓷素胚；

（2）在惰性氣體保護(hù)下，將SiCN陶瓷素胚熱解，再退火處理后，得溫敏元件SiCN非晶陶瓷體；

2）在溫敏元件SiCN非晶陶瓷體上表面的槽天線區(qū)域用聚酰亞胺膠帶保護(hù)，在溫敏元件SiCN非晶陶瓷體表面鍍金屬層，再將聚酰亞胺膠帶去除后，所留區(qū)域即為收發(fā)電磁波信號(hào)的槽天線，至此制得圓柱形SiCN陶瓷無(wú)線無(wú)源溫度傳感器。

在步驟1）第（1）部分的方法1中，所述聚硅氮烷與熱引發(fā)劑的質(zhì)量比可為1∶（0～0.1）；所述熱交聯(lián)的溫度可為120～400℃，熱交聯(lián)的時(shí)間可為1～4h；所述粉末的粒徑可為0.5～2μm。