PdCr高温薄膜应变计的研制

发布时间：2017-12-03 02:13

  本文关键词：PdCr高温薄膜应变计的研制

  更多相关文章： PdCr薄膜 高温薄膜应变计 应变灵敏系数 电阻温度系数 高温绝缘

【摘要】：航空涡轮发动机涡轮叶片在工作时,由于燃料的剧烈燃烧和叶片的快速转动,将受到高温、强振动、热应力、高离心力等综合作用。涡轮叶片在这样恶劣的环境中长时间工作,容易产生损伤,致使整个发动机出现故障。因此,对涡轮叶片的健康状况进行实时监测对于航空涡轮发动机的研究具有重要的意义。本文采用薄膜沉积技术将应变计直接沉积到涡轮叶片表面,形成功能/结构一体化的薄膜应变计。这种薄膜应变计厚度在微米量级,不对叶片本身造成破坏,具有响应速度快,不影响叶片流体特性,灵敏度高、重复性好及耐高温、高压、气流冲刷等优点。本文中,首先采用射频磁控溅射在Al2O3基片上制备PdCr应变敏感薄膜材料,研究了溅射温度、真空热处理等工艺参数对PdCr薄膜微结构和薄膜应变特性及电学性能的影响。研究得到PdCr薄膜的优化工艺为:溅射功率为150 W、基片温度为400℃、沉积时间为60 min、薄膜厚度为1μm、Ar流量为35 sccm、溅射气压为0.5 Pa,原位退火温度为400℃,时间为30 min,后真空热处理温度为800℃、保温时间为12 h。该工艺条件下制备的PdCr薄膜的电阻温度系数(TCR)为202ppm/℃,应变灵敏系数(GF)为1.87。其次,对镍基合金基底上制备可靠的高温绝缘层结构和工艺进行了研究。研究发现,具有晶态YSZ/非晶态YSZ/非晶态Al2O3结构的绝缘层具有良好的高温绝缘性能。在室温下,该种复合薄膜绝缘层绝缘电阻大于1.2 G?,在800℃高温下,绝缘电阻达150 K?,可以满足制备高温应变计绝缘性能的要求。最后,研究了在镍基高温合金表面制备结构/功能一体化的PdCr高温薄膜应变计。为增加应变计功能层与金属基底之间的附着强度并实现两者之间的电绝缘,在镍基高温合金表面依次制备了NiCrAlY-富Al-Al2O3渐变过渡层、YSZ/Al2O3绝缘层,然后再制备Pd Cr薄膜功能层,并制备Al2O3/ZrO2保护层增强功能层的稳定性及抗氧化能力。制备得到了多层薄膜结构/功能一体化的PdCr高温薄膜应变计,并进行不同温度下的应变灵敏系数的标定。实验测得,室温到800℃高温下,PdCr高温薄膜应变计的GF均为2.1左右,热输出约为100με/℃。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH823.3

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本文编号：1247081