[發(fā)明專(zhuān)利]一種高溫薄膜傳感器用抗熱沖擊復(fù)合絕緣層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910043549.1
• 申請(qǐng)日: 2019-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109536892B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙曉輝;劉洋;熊杰;蔣洪川;張萬(wàn)里
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C14/16
• 分類(lèi)號(hào): C23C14/16;C23C14/34;C23C8/10;C23C14/08;C23C14/30;C23C14/58;C23C14/35;C23C28/00
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專(zhuān)利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種高溫薄膜傳感器用抗熱沖擊復(fù)合絕緣層，屬于薄膜傳感器技術(shù)領(lǐng)域。所述復(fù)合絕緣層自下而上依次為熱生長(zhǎng)Al₂O₃層、YZrAlO層、Al₂O₃層，其中，所述YZrAlO層包括非晶Al₂O₃薄膜以及彌散于非晶Al₂O₃薄膜上的釔摻雜ZrO₂納米晶，釔摻雜ZrO₂納米晶的尺寸為10～40nm，YZrAlO層中元素比Y:Zr:Al＝1：6：(37～74)。本發(fā)明復(fù)合絕緣層中彌散有釔摻雜ZrO₂納米晶，ZrO₂納米晶良好的顆粒彌散補(bǔ)強(qiáng)增韌與應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g效果，有效保證了高溫和劇烈熱沖擊環(huán)境下絕緣層與合金基底之間的附著力以及絕緣性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜傳感器技術(shù)領(lǐng)域，主要針對(duì)工作在高溫、劇烈熱沖擊環(huán)境下高溫合金表面薄膜傳感器絕緣層與合金基底之間的應(yīng)力釋放問(wèn)題，具體提供一種高溫薄膜傳感器用抗熱沖擊復(fù)合絕緣層及其制備方法。

背景技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為航空飛行器的動(dòng)力裝置，直接影響著飛行器的安全性、可靠性與工作壽命。渦輪葉片作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，長(zhǎng)期工作在燃燒室的高溫、高壓、高應(yīng)力、劇烈熱沖擊及強(qiáng)氣流沖刷的極端惡劣環(huán)境下，因此，精確測(cè)量渦輪葉片等熱端部件表面溫度、應(yīng)力等參數(shù)的分布信息對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)研試驗(yàn)研究和工程發(fā)展應(yīng)用至關(guān)重要。

目前在航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件使用的薄膜傳感器主要有薄膜應(yīng)變計(jì)、薄膜熱電偶等。其中，與待測(cè)部件一體化集成的薄膜熱電偶，因其具有尺寸小、響應(yīng)快、精度高、對(duì)測(cè)試環(huán)境干擾小、不破壞待測(cè)部件機(jī)械結(jié)構(gòu)等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片等熱端部件表面溫度參數(shù)的主要測(cè)試方式。薄膜熱電偶一般通過(guò)多層膜結(jié)構(gòu)與渦輪葉片等高溫合金部件一體化集成，自下而上依次為Ni基合金基底、NiCrAlY過(guò)渡層、熱生長(zhǎng)Al₂O₃層、絕緣層、敏感層和保護(hù)層，如圖1所示。其中，絕緣層大多為陶瓷材料，陶瓷材料與合金基底熱膨脹系數(shù)差距較大，高溫及劇烈熱沖擊下由于應(yīng)力釋放產(chǎn)生的微裂紋易成為金屬原子的快速擴(kuò)散通道，導(dǎo)致敏感層與合金基底導(dǎo)通使傳感器失效。并且微裂紋會(huì)降低絕緣層與合金基底的附著力，在強(qiáng)氣流沖刷下導(dǎo)致傳感器部分脫落。因此，亟需在高溫、劇烈熱沖擊、強(qiáng)氣流沖刷下與合金基底之間良好的附著力，并與襯底保持良好電氣絕緣的絕緣層。

常用的高溫絕緣材料為Al₂O₃，但Al₂O₃脆性高，在應(yīng)力作用下難以發(fā)生塑性形變和位錯(cuò)滑移，因此在高溫及熱沖擊環(huán)境下極易產(chǎn)生微裂紋甚至斷裂，導(dǎo)致其高溫應(yīng)用受到嚴(yán)重限制。在申請(qǐng)?zhí)枮?00910131181.0、專(zhuān)利名稱(chēng)為：增韌氧化鋁結(jié)構(gòu)陶瓷材料及其制備方法的專(zhuān)利文獻(xiàn)中提出了一種增韌氧化鋁結(jié)構(gòu)陶瓷材料，組成為氧化鋁78～85wt％、釔穩(wěn)定氧化鋯13～20wt％、二氧化鈦0.5～2wt％；其中釔穩(wěn)定氧化鋯由97mol％的氧化鋯和3mol％的氧化釔組成；制得的增韌氧化鋁結(jié)構(gòu)陶瓷材料的斷裂韌性為6.00～7.50MPa·m^1/2，其斷裂韌性相比單純的Al₂O₃材料(3～4MPa·m^1/2)有明顯的提升。然而，這一專(zhuān)利針對(duì)于塊體陶瓷的增韌，與納米級(jí)薄膜絕緣層截然不同。為了解決絕緣層與合金基底的應(yīng)力釋放問(wèn)題，急需新型復(fù)合絕緣層的設(shè)計(jì)與制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述背景技術(shù)中存在的缺陷，提出一種高溫薄膜傳感器用抗熱沖擊復(fù)合絕緣層及其制備方法，該復(fù)合絕緣層能保證至少在1000℃下敏感層與合金基底之間良好的電絕緣。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：