CFCC-SiC基底NiCr/NiSi薄膜热电偶制备及性能研究

在碳纤维增韧补强碳化硅陶瓷复合材料(CFCC-SiC)表面制备了NiCr/NiSi薄膜热电偶。传感器结构自下而上依次为CFCC-SiC陶瓷基底、SiO2过渡层,Al2O3绝缘层及NiCr/NiSi热电偶层。对所制备传感器进行了静态标定,其在300℃~700℃范围内具有稳定的热电动势输出,平均Seebeck系数为41.71μV/℃,传感器极限使用温度约为750℃。     

航空发动机用薄膜热电偶研制

针对航空发动机涡轮叶片表面温度测试的迫切需求,采用薄膜沉积工艺,能够在Ni基高温合金表面制备热电性能较好的中温K型(NiCr/NiSi,<600℃)、高温R型(Pt—13%Rh/Pt,<900℃)、超高温(ITON/Pt,<1 100℃; In ON/ITON,> 1 200℃)等薄膜热电偶。薄膜热电偶由NiCr Al Y过渡层、热生长Al_2O_3层、Al_2O_3绝缘层、功能层和Al_2O_3保护层构成。通过静态标定结果分析,其塞贝克系数分别达到38. 26,10. 60,78. 60,123. 10μV/℃,在恶劣环境下具有良好的稳定性和一致性,使用寿命均大于10 h。     

金属基Pt/ITO薄膜热电偶的制备

采用多层膜结构制备了金属基Pt/ITO薄膜热电偶,薄膜热电偶由Ni基合金基片、NiCrAlY过渡层、热生长Al2O3层、Al2O3绝缘层、Pt/ITO功能层和Al2O3保护层构成.静态标定结果表明:样品的平均塞贝克系数为107.45 μV/℃.测试温度可达到1000℃.时效处理可以有效提高薄膜热电偶的输出热电势.     

高温薄膜传感器制备与性能研究

利用微机电系统（MEMS）工艺在 Al2 O3基片上制备了 Pt—PtRh 薄膜热电偶,其工作温度最高可达到1300℃,最大输出电势达14.8 mV。薄膜热电偶的电势—温度曲线与标准热电偶的曲线基本重合,同时研究了不同粘结层对薄膜微结构、器件寿命的影响。实验结果表明：以 Ta 为粘结层时薄膜传感器的寿命最长,在1300℃下可达到14 h。     

多孔Al_2O_3薄膜的研制

在单晶Si片上热生长一层SiO2薄膜,再利用真空淀积的方法制备一层Al薄膜,然后通过铝阳极氧化的方法获得一层多孔Al2O3薄膜。利用JSM 35C扫描电子显微镜观测了该Al2O3薄膜的形貌。通过对Al2O3薄膜电阻与相对湿度关系的测试,发现其具有较好的感湿特性和较宽的感湿范围。     

基于热电堆的新型高温薄膜热流传感器的研制

精确的热流测量对航空发动机设计至关重要,实时监测和获取发动机涡轮叶片表面精确的热流分布可以为航空发动机热端部件设计提供依据,也可以进行状态监测和故障诊断。薄膜热流传感器具有体积小、响应速度快、对工作环境的流动干扰小等优点。然而,目前能够应用于高温高热流环境中测量的薄膜热流传感器在灵敏度方面仍然存在较大的局限性。本文设计和制造了基于铂铑热电堆的新型高温薄膜热流传感器。该传感器由Pt/Pt-13Rh薄膜热电堆、底层SiO2/Al2O3热阻层、顶层Al2O3保护层组成,底层SiO2/Al2O3热阻层位于Al2O3陶瓷基底和热电堆之间。传感器分别在0-110 kW/m2的热流和1000℃的温度下进行了测试。测试结果显示,传感器的输出与施加的热流表现出良好的线性关系,灵敏度为8.04×10?6 V/(kW/m2),实验数据与仿真结果相近。具有Al2O3保护层的传感器在1000℃中保温3小时后电阻、灵敏度及响应特性基本上不受影响。设计的新型高温薄膜热流传感器具有较高的灵敏度和可靠性,将为高温环境中的热流测量提供一种新方法。     

中国微米纳米-PdCr薄膜电阻应变计研制及其高温应变敏感性能研究

在航空航天以及核电领域中,准确测量高温部件的应变、疲劳等结构参数十分重要,对满足高温应用环境的高温应变计需求非常迫切.在镍基合金基底上研制了PdCr薄膜电阻应变计,依次在基片上沉积NiCrAlY作为过渡层来增强附着性,沉积YSZ/Al2O3作为复合绝缘层满足绝缘性需求,溅射PdCr合金作为应变敏感层,并采用金属掩模对PdCr敏感层进行图形化,最后沉积Al2O3薄膜层作为高温保护层,并对PdCr薄膜应变计的应变敏感系数(GF)以及高温环境下的表观应变、漂移应变等性能进行了表征.结果表明,不同温度下PdCr薄膜应变计的电阻值随应变呈良好的线性关系;在常温下,其应变敏感系数为1.40;在800 ℃时,应变计的表观应变系数127 με/℃.应变计的电阻值随时间线性减小,导致的漂移应变约为1 800 με/hr,应变敏感系数为1.41.同时,对制备的PdCr薄膜应变计进行了可靠性评估和寿命评估.结果表明,其重复性测量误差约为5.71%,工作寿命超过10 h.     

多孔Al_2O_3薄膜感湿材料的湿敏特性研究

通过对阳极氧化多孔Al2 O3 薄膜感湿材料的制备工艺及其电容湿敏特性进行研究 ,将阳极氧化参数对多孔Al2 O3 薄膜的结构和形态的影响与多孔Al2 O3 薄膜作为湿度传感器感湿材料的湿敏特性联系起来进行分析 ,为优化制备工艺参数提供更充分的实验数据 ,使新型多孔Al2 O3 薄膜湿度传感器具有更好的感湿特性。     

陶瓷基Pt/ITO薄膜热电偶的制备与性能研究

为了准确测量涡轮叶片表面温度,采用掩模图形化和射频磁控溅射的方法,在A12O3陶瓷基片上沉积Pt/ITO薄膜热电偶,并对其进行了静态标定.结果表明:Pt/ITO薄膜热电偶在1 000℃进行大气气氛退火,随着退火时间的增加,样品热电势输出曲线稳定性逐渐增强,Seebeck系数也较大,标定曲线均具有很好的线性度,退火5h的样品的最大测温误差仅为16.03℃,可在400～1100℃温度范围热循环中稳定工作约20 h.ITO薄膜厚度对Pt/ITO薄膜热电偶热电性能几乎没有影响.     

NiCr薄膜微加热器在低温环境下的电学特性研究

设计了一种适用于深低温环境的微型加热器。使用AC磁控溅射技术将NiCr(80/20 at.%)合金沉积到SiO2/Si基底上,并采用微加工工艺实现薄膜图形化,作为加热器的加热元件。研究了NiCr薄膜的电学性能和晶体结构与退火条件之间的关系。实验表明:在450℃氮气环境下退火30min,可以获得深低温性能优良的NiCr加热器。该加热器在20K时的电阻温度系数(TCR)为80.80×10-6/K。X射线衍射(XRD)分析显示NiCr薄膜在450℃氮气环境下退火后,薄膜的结晶度增大,因此,退火条件对薄膜的电阻率和电阻温度系数有较大的影响。     

基于MEMS的航天器表面新型测温传感器设计与实现

鉴于微机械电子系统（Micro-Electro-Mechanical-Systems,MEMS）技术及其在航空航天用传感器设计中的优势,本文根据航天器表面测温的需要,设计了一款新型表面瞬态测温热电偶传感器,重点研究了其线条和热结点图形制作工艺及其优化过程。通过物理试验验证,该型薄膜热电偶比普通热电偶响应时间较短,相对误差较小,满足返回式航天器表面高温的瞬态测温需求。     

Metallic thin-film thermocouple for thermoelectric microgenerators

A new metallic thin-film thermocouple orientated towards thermoelectric microgenerators has been developed. It consists of a 3 μm thick NiCr/SiO₂/Sb multilayer structure sputter deposited onto a thermally oxidized silicon substrate. A relative Seebeck coefficient of _ab = 76 μV K⁻¹ and an optimal figure of merit of z_ab = 0.08 × 10⁻³ K⁻¹ have been measured for this material combination. Both parameters are very close to the theoretical values.     

薄膜热电极尺寸效应分析及试验研究

薄膜型热电极作为薄膜热电偶结构的核心部位,其尺寸设计对热电偶功能及性能的实现起着重要作用;文章研究了热电偶电极薄膜的尺寸效应,建立了薄膜热电偶热电及热传导机理数学模型,分析了热电极尺寸对热电偶静态及动态特性的影响,设计并制作了不同尺寸规格热电极的薄膜热电偶,对热电极的尺寸效应物理性能开展了试验研究,试验结果表明热电偶电极薄膜厚度与动态响应时间呈正相关,长度、宽度、面积等尺寸参数对热电偶特性无明显影响,为薄膜热电偶电极尺寸设计提供了理论基础与工程依据。     

H2 sensors using Fe2O3-based thin film

This paper describes the fabrication procedure as well as the sensing properties of new hydrogen sensors using Fe₂O₃-based thin film. The film is deposited by the r.f. sputtering technique; its composition is Fe₂O₃, TiO₂(5 mol%) and MgO(0–12 mol%). The conductance change of the film is examined in various test gases. The sensitivity to hydrogen gas is enhanced by treating the film in vacuum at 550 °C for 4 h and then in air at 700 °C for 2 h. The sputtered film is identified to be polycrystalline -Fe₂O₃ based on X-ray diffraction patterns. However, the surface layer is considered to be changed to Fe₃O₄ after heating in vacuum and then to γ-Fe₂O₃ after heating in air. The film is thus a multilayer one with a thin γ-Fe₂O₃ layer on a -Fe₂O₃ layer. The sensing mechanism is discussed based on measurements of the physical properties of the film, such as the temperature dependence of the sensor conductance, X-ray diffraction pattern, surface morphology, RBS (Rutherford back-scattering) spectrum and optical absorption spectrum.     

MEMS器件中多层金属薄膜溅射工艺研究

溅射工艺是制作微机电系统(MEMS)器件金属薄膜的主要方式,金属薄膜作为MEMS器件中的掩模层和功能层,要求薄膜应力小,粘附性、均匀性和可焊性好.通过对常用金属薄膜材料特性、多层金属薄膜溅射工艺和质量评价方法的研究得出了优化工艺的的方法,提高了多层金属薄膜的质量.     

ANSYS在热释电薄膜红外探测器二维热分析中的应用

根据热释电薄膜红外探测器的结构和实际的测试条件,利用有限元软件ANSYS建立了不同结构组成的热释电薄膜红外探测器的二维模型,并对其进行了热分析,得到了探测器内的温度场分布.分析了复合热释电薄膜红外探测器的绝热层对温度场的影响,并将复合热释电薄膜红外探测器与微桥结构探测器的性能进行了比较.     

陶瓷薄膜热电偶研究进展

实时监测飞机发动机各部件表面工作温度对发动机安全监控及性能验证等有重要意义,随着第三代飞机发动机——陶瓷发动机的开发,陶瓷薄膜热电偶已成为研究热点.综述了陶瓷薄膜热电偶材料种类、制备工艺、热电性能、高温稳定性及其测试技术的研究现状,指出了陶瓷热电偶当前需要研究的问题.     

多层薄膜结构气敏效应研究

在SnO2气敏薄膜层上覆盖一层或多层钝化材料（SiO2,Al2O3) 薄膜，制成的多层膜气敏元件，可很好地排除大分子气体如乙醇等对小分子H2检测的干扰，使其具有单独检测H2的功能。本文还通过测量元件的升温曲线，推导出敏感体表面的氧吸附活化能；找出活化能与灵敏度、选择性的关系。根据实验现象和物性分析结果，试着探讨了元件的敏感机理。