[發明專利]將光纖光柵嵌入金屬基體制成耐高溫智能金屬結構的方法

有效

• 申請號: 201410381229.4
• 申請日: 2014-08-05
• 公開（公告）號: CN104152901A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 李玉龍;溫昌金
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C23C28/02
• 分類號: C23C28/02
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 夏材祥

技術領域

本發明涉及一種將光纖光柵嵌入金屬基體制成耐高溫智能金屬結構的方法。

背景技術

智能結構是具有感知基體結構內部或外部變化，是將傳感、驅動元件和控制系統集成在基體中的一類結構。目前智能結構的主要研究方向是通過制造技術將傳感器、處理器和制動器嵌入基體構件中以實現結構智能化。光纖光柵作為一種新型無源傳感器，可以用作溫度、壓力、應變等物理量的測量。因其具有結構簡單、體積小、重量輕、靈敏度高、抗電磁干擾、不受光強波動影響等諸多優點，因此將光纖光柵作為傳感器嵌入金屬基體是一種具有實用價值的制造智能結構的方法。目前對將傳感器嵌入金屬基體的研究存在一些難題，例如，大部分傳感器采用膠粘在被監測結構表面，由于粘貼所用的有機膠存在易老化、高溫失效等問題，導致其封裝的傳感器的工程可靠性差。采用燒結等高溫的方法將光纖光柵嵌入金屬基體過程，光纖光柵易受熱損壞，且高溫熱過程對基體強度有明顯削弱影響。在重要結構件中嵌入，或表面封裝傳感器進行實時監測有助于監測結構健康，因此在常溫或較低溫度下將光纖光柵嵌入金屬的方法具有重要意義。目前尚未有采用化學鍍結合電鍍的方法將光纖光柵嵌入金屬基體的有關研究報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種將光纖光柵嵌入金屬基體制成耐高溫智能金屬結構的方法，它制造的智能金屬結構具有傳感器嵌入成功率高、易操作，對金屬基體削弱作用小，嵌入過程對傳感器影響小，所得智能結構使用溫度范圍廣，可在較高溫度下服役等特點。

本發明所述方法包括以下步驟：

(1)取一根光纖光柵，光纖光柵成柵部分為裸光柵,表面無任何保護層；在25～35℃溫度下對其在敏化液中進行敏化，再在活化液中活化，時間分別為10～20min；然后對其化學鍍后進行電鍍，根據金屬材料的結構尺寸確定鍍層厚度為20-50μm；

所述化學鍍層和電鍍層分別是銅鍍層或鎳鍍層；

(2)取一塊矩形金屬板,在需要嵌入光纖光柵的表面銑削一條直徑為0.5-1.0mm半圓形凹槽；

(3)對已加工半圓形凹槽的金屬板進行鍍前預處理，將金屬板無需鍍層的表面粘上絕緣膠布，將金屬化光纖光柵的光柵部位放入半圓形凹槽,并用膠布把光纖光柵的尾纖一側靠近半圓形凹槽部分與金屬板緊密結合固定在一起，之后將金屬板水平放置裝有化學鍍液的容器,半圓形凹槽朝上，化學鍍是化學鍍銅或化學鍍鎳，用恒溫水箱根據不同鍍層的化學鍍工藝設定控制化學鍍環境溫度：化學鍍銅溫度為20～30℃；化學鍍鎳溫度為85～90℃，化學鍍時間為3～6h，形成厚度為5～8μm的化學鍍層，使光纖光柵與金屬板緊密結合固定并連通導電；

(4)將化學鍍后的金屬板取出，取下絕緣膠布，換新的絕緣膠布重新粘在金屬板無需鍍層的表面，進行電鍍銅或電鍍鎳，根據不同鍍層的電鍍工藝設定電流大小：電鍍銅溫度為20～30℃，電流大小為1～3mA；電鍍鎳溫度為18～45℃，電流大小為6～8mA，電鍍時間20～30h，使光纖光柵完全嵌入金屬基體；

(5)對嵌入光纖光柵部分凸起的電鍍層進行打磨，使其形成完整平面，金屬板恢復銑削弧形微型槽之前的形貌。

本發明中所涉及的敏化液配方為：SnCl₂·2H₂O為10g/L，HCl為40ml/L。

本發明中所涉及的活化液配方為：PdCl₂為0.1～0.5g/L，HCl為5ml/L。

本發明中所涉及的化學鍍銅溶液配方為：CuSO₄·5H₂O為10g/L，NaKC₄H₄O₆·5H₂O為40g/L，NaCO₃為2g/L，NiCl₂·H₂O為1g/L，HCHO為20ml/L，NaOH為8～10g/L。

本發明中所涉及的化學鍍鎳溶液配方為：NiSO₄·7H₂O為25g/L，H₃BO₃為20g/L，C₃H₆O₂為20ml/L，NaH₂PO₂·2H₂O為20～25g/L。