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文檔簡介
1、在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的冷效實(shí)驗(yàn)和整機(jī)試驗(yàn)中,需要準(zhǔn)確測量渦輪葉片表面溫度及溫度分布,薄膜熱電偶是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量的方法之一。相較于線材熱電偶,薄膜熱電偶具有與葉片一體化集成、不破壞葉片結(jié)構(gòu)、不干擾流場、熱容量小、響應(yīng)迅速等特點(diǎn),非常適合渦輪葉片的表面溫度測量。In2O3和ITO是一類寬禁帶半導(dǎo)體氧化物材料,由它們構(gòu)成的In2O3/ITO薄膜熱電偶高溫穩(wěn)定性好,熱電敏感性高,最高工作溫度可達(dá)1200℃,其高溫?zé)犭娦阅軆?yōu)于K型(NiCr/NiSi)
2、和S型(Pt/PtRh)薄膜熱電偶,在發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面溫度測量中,尤其是超高溫(>1100℃)工作環(huán)境具有十分重要的應(yīng)用前景。本文在前期K型、S型以及Pt/ITO薄膜熱電偶研制工作基礎(chǔ)上,開展了In2O3/ITO薄膜熱電偶的制備與性能研究工作,重點(diǎn)開展了In2O3薄膜制備工藝,陶瓷基和金屬基In2O3/ITO薄膜熱電偶的制備與性能標(biāo)定研究。
首先,采用射頻磁控濺射法在Al2O3陶瓷基片上沉積In2O3薄膜,主要研究了濺射功率、氣
3、壓、氧氬流量比和氮?dú)辶髁勘鹊裙に嚄l件對其電阻率、沉積速率的影響。結(jié)果表明,In2O3薄膜電阻率先隨濺射功率增加而降低,然后又隨功率增加而略微上升;隨著濺射氣壓的升高,In2O3薄膜的電阻率呈現(xiàn)逐漸升高和沉積速率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。隨著O2/Ar流量比的增加,In2O3薄膜沉積速率下降,電阻率增加。隨著N2/Ar流量比的增加,In2O3薄膜的沉積速率下降,電阻率上升。
其次,在Al2O3陶瓷基片上制備了In2O3/ITO陶瓷薄膜
4、熱電偶,熱電偶尺寸為(長×寬×厚)63mm×1mm×1.5μm,主要研究了氮摻雜、退火時(shí)間、退火溫度、退火氣氛、保護(hù)層對樣品熱電性能的影響,采用靜態(tài)標(biāo)定法對樣品進(jìn)行標(biāo)定。結(jié)果表明,氧化銦薄膜的電阻率越高,樣品的Seebeck系數(shù)和熱電動(dòng)勢輸出越大,氮摻雜的In2O3/ITO薄膜熱電偶熱電勢輸出較低,溫度敏感性降低。隨著退火溫度的升高,熱電偶的Seebeck系數(shù)和熱電勢輸出逐漸增大。在不同退火氣氛的條件下,空氣中退火的熱電偶熱電穩(wěn)定性最好
5、。退火時(shí)間對Seebeck系數(shù)無太大影響,但在過高溫度下退火,時(shí)間過長不利于熱電偶的熱電輸出穩(wěn)定性。有Al2O3保護(hù)層樣品的Seebeck系數(shù)約為177.7μV/℃,熱電性能優(yōu)于無保護(hù)層樣品,在350~1050℃溫度范圍,樣品的測溫誤差小于±0.95%,使用壽命大于20 h。
最后,在鎳基合金平板基片上依次采用磁控濺射法沉積10μm的NiCrAlY過渡層、真空析鋁并高溫?zé)嵘LAl2O3層、電子束蒸發(fā)10μm的Al2O3絕緣層、
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