一种发动机叶片表面传感器高温绝缘层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种发动机叶片表面传感器高温绝缘层及其制备方法。所述高温绝缘层包括耐高温基板、作为粘合层沉积在耐高温基板上的氧化铝层、和作为绝缘层沉积在氧化铝层的致密氧化铝层，其中所述耐高温基板由纳米级氧化铝粉掺杂纳米级钨粉制成，其中纳米级氧化铝粉和纳米级钨粉的质量比为3.8～4.2:2.6～3.4，所述氧化铝层的厚度为80～120nm，所述致密氧化铝层的厚度为1～4μm。本发明专利技术的高温绝缘层可以隔绝高温并实现可靠绝缘，满足发动机叶片表面薄膜传感器的要求。薄膜传感器的要求。薄膜传感器的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种发动机叶片表面传感器高温绝缘层及其制备方法


[0001]本专利技术属于高温绝缘
具体涉及一种用于发动机叶片表面薄膜传感器的高温绝缘层及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，航空事业的飞速发展使得对于航空飞行器各部件提出更高的要求，而航空发动机作为飞行器的心脏，其寿命和可靠性将直接决定飞行器的可靠性与安全性，其中涡轮叶片作为发动机中主要的动力输出部件，承担着能量转化的责任，是航空发动机最主要的关键零部件之一。在发动机工作时，涡轮叶片除了承受机械载荷之外，还要承受复杂的温度载荷和气动载荷。作为典型的热端构件，涡轮叶片失效造成的后果往往是灾难性的，因此被列为发动机断裂关键件之一。从叶片故障产生的原因分析，叶片的主要失效模式有疲劳失效和高温蠕变。随着航空发动机推重比以及性能的不断提高，涡轮叶片承受的机械载荷、气动载荷和温度载荷越来越高，也需要越来越高的工作可靠性。且随着工作温度的升高，叶片的力学性能逐渐降低，其安全裕度出现较大程度的下降，进而引起叶片的疲劳破坏。为使其在高温、高压、高速气流下能可靠的工作，就必须用传感器对发动机涡轮叶片进行实时的监测，这样就能够根据反馈的数据实时调整飞行姿态，以获得最优良的动力输出，并能及时发现叶片存在的各种问题，以便及时排除安全隐患，这对于整个飞行过程来说是极其重要的。
[0003]但是要实现对发动机叶片表面各种参数的实时监测却积极困难，这主要是由于发动机涡轮叶片工作的极端环境造成的，涡轮叶片的工作环境在整个发动机的内部应该是最恶劣的，其工作在高温、高压、高转速下，承受的机械载荷、气动载荷和温度载荷非常复杂，环境极为严酷，因此，发动机涡轮叶片表面传感器的制备就显得尤为困难，其不仅要承受外部的高温，而且由于一般传感器测量结果都是经由电信号传出去的，其必须还要做到绝缘，鉴于此，需要一种用于发动机叶片表面传感器制备的高温绝缘层及其制备方法，以实现对发动机叶片相关参数的监测，并实时调整，以保证发动机的安全运行。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术的上述情况，本专利技术的目的是提供一种用于发动机叶片表面薄膜传感器的高温绝缘层及其制备方法，本专利技术的高温绝缘层可隔绝高温并实现绝缘。
[0005]按照本专利技术的一个方面，提供一种发动机叶片表面传感器高温绝缘层，所述高温绝缘层包括耐高温基板、作为粘合层沉积在耐高温基板上的氧化铝层、和作为绝缘层沉积在氧化铝层的致密氧化铝层，其中所述耐高温基板由纳米级氧化铝粉掺杂纳米级钨粉制成，其中纳米级氧化铝粉和纳米级钨粉的质量比为3.8～4.2:2.6～3.4，优选为4:3。
[0006]其中，所述耐高温基板的厚度为1mm左右。
[0007]其中，所述氧化铝层的厚度为80～120nm，优选为100nm左右。
[0008]其中，所述致密氧化铝层的厚度为1～4μm，优选为3μm左右。
[0009]其中，所述纳米级钨粉的平均粒径在35～80nm，所述纳米级氧化铝粉的平均粒径为20～30nm。
[0010]按照本专利技术的另一个方面，提供一种如上所述的高温绝缘层的制备方法，包括：以质量比为3.8～4.2:2.6～3.4的纳米级氧化铝和纳米级钨粉为原料，采用模压辅助冷等静压成型法制备素坯，将素坯在600～800℃下进行无压烧结,得到由纳米级氧化铝粉掺杂纳米级钨粉制成的耐高温基板；在耐高温基板上沉积氧化铝层作为粘合层；在氧化铝层上沉积致密氧化铝层作为绝缘层。
[0011]其中，所述纳米级氧化铝的制备方法包括：
[0012]1)按照Fe
3+
与Al
3+
化学计量比5:1的要求，称量硫酸铝(Al2(SO4)3·
18H2O)和硫酸亚铁(Fe2(SO4)3)；
[0013]2)在室温条件下,将称量的硫酸铝与硫酸亚铁固体加入到去离子水中，搅拌使之完全溶解，然后在搅拌速度恒定的情况下，将溶液pH调整至7，得到颗粒均匀的沉淀，过滤、洗涤并干燥后得到黄色粉末，即，混合硫酸盐前驱体；
[0014]3)将混合前驱体充分研磨，在600～800℃温度下煅烧，得到含有纳米尺寸球形a
‑
Al2O3的混合氧化物粉末；
[0015]4)以盐酸作为酸洗液与混合氧化物粉末反应，最终得到纳米尺寸a
‑
Al2O3颗粒。
[0016]其中，所述纳米级钨粉的制备方法包括:
[0017]1)将钨非晶前驱体粉末直接在强排水式还原炉中于550～700℃还原30～60min、氢气截面流量为30～60ml/cm2·
min之间；获得平均粒径在35～80nm之间的纳米钨粉。优选地，还原温度为620～650℃,还原时间为45～50min，氢气截面流量为40～45ml/cm2·
min。
[0018]本专利技术的高温绝缘层可以隔绝高温并实现可靠绝缘，满足发动机叶片表面薄膜传感器的要求。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的高温绝缘层的结构示意图；
[0020]图2是本专利技术的高温绝缘层的截面结构示意图；
[0021]图3是传感器在叶片上的空间位置示意图；
[0022]图4是安装传感器叶片截面示意图；
[0023]图5为传感器具体安装位置示意图；
[0024]其中，1为耐高温基板，2为粘合层，3为绝缘层
具体实施方式
[0025]为了更清楚地理解本专利技术的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。
[0026]由于飞行器对涡轮叶片材料的重量和厚度有着严格的限定﹐所以发动机叶片表面传感器必须使用轻质高效隔热材料制作。而纳米材料是目前公认的热导率最低的固态材料，纳米隔热材料的热导率最低可达到0.013W/(m
·
K)，远低于静止空气，并且具有密度低及耐高温等优良性能，是一种比较理想的高效隔热材料。最终选用纳米级氧化铝作为耐高温材料，Al2O3纳米颗粒团聚体为亚微米级量级，比表面积为80m2/g，平均直径为3～5μm,体
积分数约为8％，典型孔隙尺寸约为60nm，孔隙率达到85％，具有良好的隔热性能，并在其中添加纳米级钨粉，使其产生热屏蔽，进一步增强其隔热性能。但钨粉的加入会影响原材料的导电性，为此，在表面采用原子层沉积的方式制备一层的氧化铝作为粘合层，由于原子层沉积属于化学沉积方法，沉积的氧化铝会跟隔热层较好连接，但是氧化铝不足以在高温下实现完全电隔离，所以需要采用双离子束沉积的方法再制备一层氧化铝作为绝缘层，实现电隔离。
[0027]图1是本专利技术的高温绝缘层的结构示意图，图2是本专利技术的高温绝缘层的截面结构示意图。如图所示，本专利技术的用于发动机叶片表面传感器的高温绝缘层耐高温基板1、作为粘合层2沉积在耐高温基板上的氧化铝层、和作为绝缘层3沉积在氧化铝层的致密氧化铝层，其中所述耐高温基板1由纳米级氧化铝粉掺杂纳米级钨粉制成，其中纳米级氧化铝粉和纳米级钨粉的质量比为3.8～4.2:2.6～3.4，优选为4:3。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机叶片表面传感器高温绝缘层，所述高温绝缘层包括耐高温基板、作为粘合层沉积在耐高温基板上的氧化铝层、和作为绝缘层沉积在氧化铝层的致密氧化铝层，其中所述耐高温基板由纳米级氧化铝粉掺杂纳米级钨粉制成，其中纳米级氧化铝粉和纳米级钨粉的质量比为3.8～4.2:2.6～3.4，所述氧化铝层的厚度为80～120nm，所述致密氧化铝层的厚度为1～4μm。2.按照权利要求1所述的高温绝缘层，其中纳米级氧化铝粉和纳米级钨粉的质量比为4：3。3.按照权利要求1所述的高温绝缘层，其中所述氧化铝层的厚度为100nm。4.按照权利要求1所述的高温绝缘层，其中所述致密氧化铝层的厚度为3μm。5.按照权利要求1所述的高温绝缘层，其中所述纳米级钨粉的平均粒径在35～80nm，所述纳米级氧化铝粉的平均粒径为20～30nm。6.一种按照权利要求1所述的高温绝缘层的制备方法，包括：以质量比为3.8～4.2:2.6～3.4的纳米级氧化铝和纳米级钨粉为原料，采用模压辅助冷等静压成型法制备素坯，将素坯在600～800℃下进行无压烧结,得到由纳米级氧化铝粉掺杂纳米级钨粉制成的耐高温基板；在耐高温基板上沉积氧化铝层作为粘合层；在氧化铝层上沉积致密氧化铝层作为绝缘层。7.按照权利要求6所述的制备方法，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓波，张梅菊，黄漫国，刘德峰，田边，张仲凯，
申请(专利权)人：北京长城航空测控技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：