柔性高温NiCr薄膜应变计研究
发布时间：2021-06-23 17:04
耐高温的NiCr薄膜应变计在航空、航天领域有广泛的需求。采用射频磁控溅射方法制备了NiCr薄膜,研究了溅射气压和衬底温度对NiCr薄膜电阻温度系数的影响规律,结果表明:当溅射气压为0.2 Pa,基片温度为400℃时,电阻温度系数最小为130.7×10-6/℃。利用优化的工艺条件,在Hastelloy柔性合金衬底上制备了NiCr薄膜应变计,测试结果表明,所制备的NiCr薄膜应变计在各个温度下其电阻随着应变呈线性变化,其应变灵敏度（GF）因子随温度增加而增大,当温度超过200℃后,GF因子缓慢变化。温度为400℃时,GF因子达到3。实验得到的基于Hastelloy合金衬底的柔性薄膜应变计为高温应变测量提供了一种新的手段。
【文章来源】：电子元件与材料. 2020,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
NiCr薄膜应变计结构
高温下薄膜应变计的应变灵敏系数采用如图2所示的测试平台,主要由温控系统与应变测试系统构成。其中应变测试系统包括单端固定的悬臂梁和螺旋测微仪,通过螺旋测微仪对悬臂梁施加应力,达到施加应变的目的。采用keithley 2400多功能数字源表和四线法对NiCr薄膜应变计电阻进行测量。先将薄膜应变计放在控温腔中,调整好测试温度并保温30 min,采用逐步加压的方式进行薄膜应变计静态应变测试的测量,每次加载后会保持90 s。在测试过程中,分别记录每个应力作用下的左侧与右侧的5个电阻值,并将其算术平均值作为此温度下NiCr薄膜的电阻值。本文制备的薄膜应变计为半桥结构,左侧的栅电阻随温度和外加应变变化,右侧的栅电阻由于不是应变敏感方向,其电阻基本不随外加应变而变化,只随温度变化,且左右两个栅电阻的电阻温度系数相同,从而右侧栅电阻可以补偿温度变化带来的电阻变化,得到不同温度下的应变灵敏度因子为:
图3为不同气压下制备的NiCr薄膜的TCR随着溅射气压的变化曲线图。由图3可知,不同溅射气压下制备的NiCr薄膜的TCR差别比较大。当溅射气压为0.2 Pa时,NiCr薄膜的TCR最小为259.9×10-6/℃。相比于其他材料如TaN[5-6]、PdCr[7-8]等,所制备的NiCr薄膜的电阻温度系数较大,与近些年国外其他NiCr薄膜的TCR相比[13-15],制备的薄膜电阻温度系数也较大,因此需要进一步对其他工艺参数进行优化。图4为不同基片温度下制备的NiCr薄膜的TCR随基片温度变化的曲线图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PdCr薄膜电阻应变计研制及其高温应变敏感性能研究[J]. 刘豪,蒋书文,蒋洪川,赵晓辉,张万里. 传感技术学报. 2017(03)
[2]Pd-Cr薄膜应变计的研制[J]. 周勇,李超,宋阳,蒋书文. 仪表技术与传感器. 2014(10)
[3]溅射温度对TaN薄膜应变敏感性能的影响[J]. 李超,周勇,宋阳,贺利军,蒋书文. 材料保护. 2013(S2)
[4]电阻应变计技术六十年（2） 电阻应变计敏感材料的发展（下）[J]. 尹福炎. 传感器世界. 1998(10)
[5]电阻应变计技术六十年（2） 电阻应变计敏感材料的发展（上）[J]. 尹福炎. 传感器世界. 1998(09)
硕士论文
[1]涡轮叶片应变测量用NiCr薄膜应变计的研制[D]. 周勇.电子科技大学 2014
本文编号：3245324
【文章来源】：电子元件与材料. 2020,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
NiCr薄膜应变计结构
高温下薄膜应变计的应变灵敏系数采用如图2所示的测试平台,主要由温控系统与应变测试系统构成。其中应变测试系统包括单端固定的悬臂梁和螺旋测微仪,通过螺旋测微仪对悬臂梁施加应力,达到施加应变的目的。采用keithley 2400多功能数字源表和四线法对NiCr薄膜应变计电阻进行测量。先将薄膜应变计放在控温腔中,调整好测试温度并保温30 min,采用逐步加压的方式进行薄膜应变计静态应变测试的测量,每次加载后会保持90 s。在测试过程中,分别记录每个应力作用下的左侧与右侧的5个电阻值,并将其算术平均值作为此温度下NiCr薄膜的电阻值。本文制备的薄膜应变计为半桥结构,左侧的栅电阻随温度和外加应变变化,右侧的栅电阻由于不是应变敏感方向,其电阻基本不随外加应变而变化,只随温度变化,且左右两个栅电阻的电阻温度系数相同,从而右侧栅电阻可以补偿温度变化带来的电阻变化,得到不同温度下的应变灵敏度因子为:
图3为不同气压下制备的NiCr薄膜的TCR随着溅射气压的变化曲线图。由图3可知,不同溅射气压下制备的NiCr薄膜的TCR差别比较大。当溅射气压为0.2 Pa时,NiCr薄膜的TCR最小为259.9×10-6/℃。相比于其他材料如TaN[5-6]、PdCr[7-8]等,所制备的NiCr薄膜的电阻温度系数较大,与近些年国外其他NiCr薄膜的TCR相比[13-15],制备的薄膜电阻温度系数也较大,因此需要进一步对其他工艺参数进行优化。图4为不同基片温度下制备的NiCr薄膜的TCR随基片温度变化的曲线图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PdCr薄膜电阻应变计研制及其高温应变敏感性能研究[J]. 刘豪,蒋书文,蒋洪川,赵晓辉,张万里. 传感技术学报. 2017(03)
[2]Pd-Cr薄膜应变计的研制[J]. 周勇,李超,宋阳,蒋书文. 仪表技术与传感器. 2014(10)
[3]溅射温度对TaN薄膜应变敏感性能的影响[J]. 李超,周勇,宋阳,贺利军,蒋书文. 材料保护. 2013(S2)
[4]电阻应变计技术六十年（2） 电阻应变计敏感材料的发展（下）[J]. 尹福炎. 传感器世界. 1998(10)
[5]电阻应变计技术六十年（2） 电阻应变计敏感材料的发展（上）[J]. 尹福炎. 传感器世界. 1998(09)
硕士论文
[1]涡轮叶片应变测量用NiCr薄膜应变计的研制[D]. 周勇.电子科技大学 2014
本文编号：3245324
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3245324.html
