高性能薄膜热电偶制备及其铣削应用研究

发布时间：2021-03-29 01:28

　　随着纳米薄膜沉积技术的发展,基于薄膜热电偶的瞬态温度测量技术在多种场合得到广泛应用。为实现薄膜热电偶在铣削加工中的应用,提出了一种高性能薄膜热电偶的制备方法。通过直流脉冲磁控溅射技术在石英基底上制备了NiCr/NiSi薄膜热电偶,并于氩气气氛进行不同温度的退火,研究了退火对薄膜热电偶综合性能的影响。结果表明,500℃退火的功能薄膜均匀性、导电性均有显著的提高,薄膜热电偶的塞贝克系数由退火前的36.3μV/℃增大到最大值40.5μV/℃,在连续热冲击和高温保持6 h后测温性能仍保持良好。将高性能薄膜热电偶研究成果用于测温铣刀的研制,并用于TC4正交铣削,得到了TC4铣削温度预测公式,为旋转类刀具加工温度的测量提供了一种可行性方案。 

【文章来源】：仪器仪表学报. 2020,41(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

薄膜热电偶氩气退火系统实物

考虑到表面粗糙的基底在溅射薄膜前需进行抛光,且需在600℃下进行退火,避免高温下由于基底的大变形导致薄膜热电偶破坏,同时为了简化薄膜热电偶制备流程,选用了120 mm×20 mm×1 mm的石英玻璃作为基底。将石英玻璃依次用丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声清洗,用氮气烘干,通过靶材及掩模的控制,先后溅射沉积NiCr、NiSi功能薄膜以及SiO2保护薄膜,NiCr与NiSi薄膜重合区域构成薄膜热电偶的热接点,薄膜热电偶实物如图2所示。由于影响测温稳定性的主要是NiCr、NiSi功能薄膜,与薄膜热电偶同炉制备了NiCr、NiSi薄膜试件。NiCr、NiSi功能薄膜的制备参数如表2所示,SiO2薄膜制备参数如表3所示,薄膜热电偶在大连市传感器与执行器重点实验室的JZFZJ- 500S型高真空多功能复合镀膜机中完成。表2 NiCr、NiSi功能薄膜制备工艺参数Table 2 Preparation process parameters of NiCr and NiSi functional films 本地真空度 工作气压 Ar流量 溅射功率 厚度 5.0×10-3 Pa 0.7 Pa 20 sccm 350 W 0.8 μm

NiCr薄膜和NiSi薄膜主要成分是Ni,为了确定制备的薄膜质量良好,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了未退火和不同温度下退火的薄膜表面形貌,并获得了其能谱图(EDS)。以NiSi薄膜为例,其SEM图像如图3所示,其中图3(a)所示未退火NiSi薄膜,图3(b)～(f)所示分别为200、300、400、500、600℃退火的NiSi薄膜SEM图像。图3 NiSi薄膜表面形貌

【参考文献】：
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硕士论文
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[2]In2O3/ITO高温陶瓷薄膜热电偶的制备与性能研究[D]. 杨柯.电子科技大学 2016



本文编号：3106630