[發明專利]一種多層熱障涂層及其基于磷光的表層及底層測溫方法

有效

• 申請號: 202010349112.3
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111366264B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 全永凱;徐國強;劉臻麗;殷秋洋;聞潔;董苯思
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00;G01N21/64;C23C28/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明提供了一種多層熱障涂層及其基于磷光的表層和底層的溫度測量方法。該方法以陶瓷基磷光物質發光衰減時間對溫度的敏感性為原理，基于涂層對磷光的通透性，通過在涂層的表層和底層摻雜不同種磷光物質，同時激發這兩種磷光物質并對它們發出的磷光采集分析，實現對涂層表層和底層的同時測溫。避免了傳統熱障涂層溫度測試中的環境氣體的吸收干擾和接觸測量對結構的破壞和對結果帶來的誤差；且由于該方法只關注光強隨時間的相對變化，而對絕對光強的沒有精確要求，不需要精確計算評估涂層對光的吸收和散射影響，使得該方法更加便捷。該方法直接對熱障涂層材料進行部分摻雜，不影響熱障涂層本身厚度及其隔熱效果。

技術領域

本發明涉及非接觸固體溫度測量領域，特別是涉及一種多層熱障涂層及其基于磷光的表層及底層測溫方法。

背景技術

隨著航空航天技術的不斷發展，航空發動機的渦輪前溫度已經遠超金屬材料的耐溫極限。在此種情況下，航空發動機熱障涂層成為了一種解決方案，通過在高溫部件表面涂覆高熱阻材料達到隔熱效果，熱障涂層的主要材料為耐高溫陶瓷，通過一層以氧化鋁為主要成分的粘結層與金屬基材粘結。

而現有航空發動機的熱障涂層主要存在下面的兩個問題：隔熱效果不易評價以及使用壽命不足；這就需要通過對熱障涂層的表面和粘結層附近溫度進行測量以便評價其性能。目前，可用的測溫技術主要為紅外法和薄膜熱電偶，但是，紅外法測溫存在容易受航空發動機氣體吸收及材料表面發射率影響的測試缺陷，測溫結果存在很大的誤差；薄膜熱電偶受到造價、不利于更換拆卸以及引線等因素的限制，且接觸測量溫度容易對結構造成損傷，從而增大測溫結果誤差；因此，由于傳統的熱障涂層溫度測試存在燃氣氣體吸收干擾和接觸測量對結構的破壞等問題，導致最終的測溫結果誤差大且無法評價其隔熱效果。

發明內容

本發明的目的是提供一種多層熱障涂層及其基于磷光的表層及底層測溫方法，解決由于傳統的熱障涂層溫度測試存在燃氣氣體吸收干擾和接觸測量對結構的破壞而導致最終的測溫結果誤差大及無法評判熱障涂層隔熱效果問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種多層熱障涂層，包括：表層溫敏層、普通隔熱層以及底層溫敏層；

所述普通隔熱層設于所述表層溫敏層以及所述底層溫敏層之間；表層溫敏層由陶瓷基材和第一磷光物質摻混而成，摻混應不影響熱障涂層制備工藝；所述底層溫敏層由陶瓷基材和第二磷光物質摻混而成，摻混應不影響熱障涂層制備工藝；所述底層溫敏層的底部設有金屬粘結層；所述第一磷光物質與所述第二磷光物質發光的兩個光強峰值互相不重疊；利用兩種不同的激發光分別激發所述第一磷光物質以及所述第二磷光物質，并分別對所述第一磷光物質發出的第一磷光以及所述第二磷光物質發出的第二磷光進行采集分析，基于對所述第一磷光以及所述第二磷光的分析結果，同時對所述表層溫敏層以及所述底層溫敏層的溫度進行測量；

選擇所述兩種不同的激發光時，當利用第一激發光激發所述第一磷光物質，所述第一激發光對所述第二磷光物質不激發或激發低于激發閾值；

當利用第二激發光激發所述第二磷光物質，所述第二激發光對所述第一磷光物質不激發或激發低于激發閾值。

可選的，所述表層溫敏層的厚度占所述熱障涂層的整體厚度的10％以下；所述底層溫敏層的厚度占所述熱障涂層的整體厚度的10％以下。

一種基于磷光的多層熱障涂層的表層及底層測溫方法，包括：

由表層溫敏層向底層溫敏層發射第一激發光以及第二激發光；所述第一激發光激發第一磷光物質；所述第二激發光激發第二磷光物質；選擇所述兩種不同的激發光時，當利用第一激發光激發所述第一磷光物質，所述第一激發光對所述第二磷光物質不激發或激發低于激發閾值；當利用第二激發光激發所述第二磷光物質，所述第二激發光對所述第一磷光物質不激發或激發低于激發閾值；所述第一激發光在所述表面溫敏層內傳播時，所述第一磷光物質被激發出的第一磷光；所述第二激發光在所述底層溫敏層內傳播時，所述第二磷光物質被激發出的第二磷光；