[發明專利]一種柔性燒蝕電阻薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201711097969.5
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN108106748B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 陳偉;謝鋒;曾世;龔星;白慶星
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: G01K7/16
• 分類號: G01K7/16;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/18;C23C14/35;C23C14/58
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清;何文紅

本發明公開了一種柔性燒蝕電阻薄膜及其制備方法，該柔性燒蝕電阻薄膜包括柔性基底和燒蝕電阻薄膜，二者之間設有復合過渡層，其中復合過渡層包含有一交替沉積Si₃N₄層、AlN層和Al₂O₃層的周期性復合薄膜。其制備方法包括制備復合過渡層、制備燒蝕電阻薄膜。本發明柔性燒蝕電阻薄膜具有抗環境干擾能力強、可靠性水平高等優點，其制備方法具有制備工藝簡單、環境適應性強、可靠性好等優點。本發明柔性燒蝕電阻薄膜能夠應用于高超音速飛行器、固體火箭發動機等航天器的防熱保護層中，可實現在高溫、高熱流沖刷等惡劣環境下的燒蝕量測量，對于提高高超音速飛行器、固體火箭發動機等航天器的應用可靠性具有重要意義。

技術領域

本發明屬于特種薄膜制備技術領域，涉及一種燒蝕電阻薄膜及其制備方法，具體涉及一種柔性燒蝕電阻薄膜及其制備方法。

背景技術

絕熱層主要應用于固體火箭發動機、再入大氣飛行器等航天器的防熱保護中，絕熱層性能的好壞直接影響到發動機工作的可靠性，甚至影響到火箭發射的成敗。絕熱層的工作環境十分惡劣，它要經受高溫高壓燃氣的燒蝕和凝相顆粒的沖刷，嚴重時會導致內絕熱層防護失效，發動機殼體燒穿，造成發動機失效。因此，絕熱層厚度及其幾何形狀等直接影響到固體火箭發動機結構可靠性，而絕熱層的設計是由其燒蝕情況來確定的，絕熱層材料燒蝕特性是絕熱層設計的重要參考依據之一。

為適應和推進高超音速飛行器、固體火箭發動機不斷向前發展，必須尋求更高性能（如導熱性越差，越有利于適應高溫、高熱流沖刷的惡劣環境）的內絕熱層材料。如，公開號為CN102353469A的中國專利文獻介紹了一種高速飛行器外表面高溫在線測量裝置及其制備和測量方法，采用微加工工藝成型沉積制備多個薄膜熱電偶，通過薄膜熱電偶來實現燒蝕量測量，但是該專利技術中的薄膜熱電偶是在剛性基底氧化鋁陶瓷上制備的，其無法完全模擬絕熱層材料的燒蝕情況，不具備優越性；同時該專利技術還存在傳感器結構復雜、在惡劣環境下工作的可靠性水平較差、生產工藝復雜、生產成本高、生產周期長等缺點。又如，公開號為102879434A的中國專利文獻介紹了一種薄膜燒蝕傳感器及其制備方法，其中該薄膜燒蝕傳感器以硅片、Al₂O₃陶瓷、硼硅玻璃中的至少一種為剛性基底材料，由此制得的薄膜燒蝕傳感器不具備導熱性低的性能，從而無法保證在高溫、高熱流沖刷等惡劣環境下的可靠性，因而無法作為高超音速飛行器、固體火箭發動機的絕熱材料。顯然，現有以剛性基底燒蝕薄膜作為內絕熱層材料并不能滿足高超音速飛行器、固體火箭發動機在高溫、高熱流沖刷等惡劣環境下的實際需求。

三元乙丙、聚酰亞胺等絕熱材料，具有密度低、耐燒蝕、抗沖刷、工藝性能優良等特點，作為微型薄膜器件的柔性基底，在超高超音速飛行器、航天固體火箭發動機等熱防護領域得到廣泛應用。然而，三元乙丙、聚酰亞胺均為柔性材料，在柔性薄膜制備過程中易出現龜裂、脫落等現象，影響柔性薄膜可靠性。為了克服上述問題，研究人員對薄膜的制備工藝進行了優化，如，公開號為CN102330067A的中國專利文獻介紹了一種柔性基底微晶硅薄膜快速、均勻制備的方法，采用熱絲輔助甚高頻等離子體增強化學氣相沉積方法，在低溫下實現柔性基底高質量、高沉積速率、均勻性好的微晶硅薄膜的制備，應用于薄膜太陽電池，可以有效地提高電池穩定性和效率，但是該專利技術中制備的柔性薄膜存在致密度及附著強度低，高溫應力環境下易裂、易脫落、薄膜可靠性差等缺點。又如，公開號為CN104498883A的中國專利文獻介紹了一種在柔性襯底上沉積高c軸取向氮化鋁薄膜的方法，用等離子體對柔性襯底進行清洗，并將清洗后的柔性襯底置于磁控濺射鍍膜機的基片臺上，抽真空，充入工作氣體，反應濺射制備得到高c軸取向氮化鋁薄膜，工藝簡單、成本低，所選襯底為柔性材料，制備的氮化鋁薄膜可彎曲，具有高c軸取向和高d33壓電系數，有利于減小表面粗糙度、提高基底結合力，可用于制備柔性聲表面波器件，但該專利采用磁控濺射的方法制備柔性薄膜，存在膜層疏松、致密度低、界面熱應力大等缺點，難以滿足惡劣環境下的工程應用。由此可見，現有制備方法中制得的柔性薄膜只能實現在大氣環境條件下的相對可靠，不能應用于高超音速飛行器、固體火箭發動機等航天器的防熱保護中。