[發(fā)明專利]一種基于先驅(qū)體陶瓷的摩擦阻力傳感器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108332890B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟松鶴;李金平;易法軍;牛家宏;許承海;金華;方國東
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;C04B35/56;C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 北京格允知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 李亞東;周嬌嬌

本發(fā)明涉及一種基于先驅(qū)體陶瓷的摩擦阻力傳感器及其制備方法。所述傳感器包括測量頭、先驅(qū)體陶瓷懸臂梁和電極；所述測量頭和電極均連接在先驅(qū)體陶瓷懸臂梁上，所述先驅(qū)體陶瓷懸臂梁由以碳源和含Si?H鍵的聚硅聚合物為原料的先驅(qū)體陶瓷材料制成；所述碳源選自由二乙烯基苯、乙烯基乙炔基苯和二乙炔基苯組成的組。所述制備方法包括采用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備先驅(qū)體陶瓷懸臂梁，然后在先驅(qū)體陶瓷懸臂梁的一端連接測量頭，在先驅(qū)體陶瓷懸臂梁除去先驅(qū)體陶瓷懸臂梁兩端之外的任一位置連接電極，制得基于先驅(qū)體陶瓷的摩擦阻力傳感器。本發(fā)明制備的基于高導(dǎo)電率的先驅(qū)體陶瓷的摩擦阻力傳感器靈敏性高和測量準(zhǔn)確性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于先驅(qū)體陶瓷的摩擦阻力傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

表面摩擦阻力是由于流體的粘性在流體分子間及其與飛行器外露表面間的摩擦而產(chǎn)生的阻力，它同飛行器外露表面的光潔度、飛行器的雷諾數(shù)、緊挨著表面的粘流層中的流態(tài)有關(guān)。表面摩擦阻力是高超聲速飛行器氣動力的重要組成部分，也是制約高超聲速飛行器發(fā)展的重要因素，因而對表面摩擦阻力的準(zhǔn)確測量就顯得尤為重要。

現(xiàn)有的高超聲速飛行器摩擦阻力測量方法中，摩阻天平傳感器是比較好的測量方法，但是由于在極端的高溫高速環(huán)境下通過對先驅(qū)體陶瓷先驅(qū)體陶瓷懸臂梁的撓度進行測量，測量應(yīng)變片很難承受高溫和氧化環(huán)境，難以在極端環(huán)境對先驅(qū)體陶瓷先驅(qū)體陶瓷懸臂梁的撓度變化進行準(zhǔn)確測量，并且應(yīng)變片與先驅(qū)體陶瓷先驅(qū)體陶瓷懸臂梁的粘接產(chǎn)生一定的誤差和不確定性，遠不如結(jié)構(gòu)與功能一體的測量方法的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。

先驅(qū)體陶瓷具有優(yōu)異的抗氧化腐蝕特性(抗氧化性)以及抗蠕變特性，適用于惡劣的極端環(huán)境，更重要的是該材料具有壓阻效應(yīng)，且其成型方法簡單，適合于傳感器的制造。例如SiCN先驅(qū)體陶瓷作為一種新型的高溫半導(dǎo)體材料，具有較高的熱穩(wěn)定性、抗氧化性。但是目前制備的先驅(qū)體陶瓷由于碳含量很低，碳無法在材料內(nèi)部形成一種貫穿的網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致陶瓷電導(dǎo)率低，常溫下近乎絕緣，壓阻效應(yīng)不明顯。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有先驅(qū)體陶瓷碳含量低、電導(dǎo)率低及壓力敏感因子小，導(dǎo)致電阻隨著應(yīng)變變化不靈敏，從而導(dǎo)致現(xiàn)有基于先驅(qū)體陶瓷的傳感器的靈敏度低、測量的準(zhǔn)確性不高的問題，本發(fā)明提供了一種基于高電導(dǎo)率的先驅(qū)體陶瓷的摩擦阻力傳感器及其制備方法。本發(fā)明制備的摩擦阻力傳感器靈敏性高和測量準(zhǔn)確性高。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在第一方面提供了一種基于先驅(qū)體陶瓷的摩擦阻力傳感器，所述傳感器包括測量頭、先驅(qū)體陶瓷懸臂梁和電極；所述測量頭連接在所述先驅(qū)體陶瓷懸臂梁的一端，所述電極連接在所述先驅(qū)體陶瓷懸臂梁除去先驅(qū)體陶瓷懸臂梁兩端之外的任一位置；所述先驅(qū)體陶瓷懸臂梁由以碳源和含Si-H鍵的聚硅聚合物為原料的先驅(qū)體陶瓷材料制成；所述碳源選自由二乙烯基苯、乙烯基乙炔基苯和二乙炔基苯組成的組。

特別地，所述含Si-H鍵的聚硅聚合物選自由聚碳硅烷、聚硅氮烷和聚鋁硅氮烷組成的組；優(yōu)選的是，所述含Si-H鍵的聚硅聚合物為聚硅氮烷。

特別地，所述先驅(qū)體陶瓷材料以碳源1～50重量份和含Si-H鍵的聚硅聚合物50～99重量份為原料；優(yōu)選的是，所述先驅(qū)體陶瓷材料以碳源5～50重量份和含Si-H鍵的聚硅聚合物50～95重量份為原料；更優(yōu)選的是，所述先驅(qū)體陶瓷材料以碳源10～50重量份和含Si-H鍵的聚硅聚合物50～90重量份為原料。

優(yōu)選地，所述電極為鉑電極、金電極或鎳合金電極。

本發(fā)明在第二方面提供了本發(fā)明在第一方面所述的基于先驅(qū)體陶瓷的摩擦阻力傳感器的制備方法，所述方法包括如下步驟：

(1)將碳源與含Si-H鍵的聚硅聚合物混合均勻并在65～80℃的條件下保溫10～20h，得到混合料；

(2)將步驟(1)得到的混合料進行固化，得到固化產(chǎn)物；