【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温度传感，特别涉及一种薄膜热电偶及其制备方法和应用。
技术介绍
1、温度信息获取在许多行业中有着重要的意义，如切削刀具、高速转轴及航空发动机等工作在高温、高压和高速流体冲击等恶劣环境中热端部件的温度信息。目前的温度测量多采用热电阻和热电偶技术，薄膜热电偶是在薄膜材料发展下形成的。传统的温度传感器存在应用不便，不利于集成，且由于体积相对较大对热端部件产生了较大的干扰。对比基础的体块型热电偶，薄膜热电偶具备较为显著的二维特征，热结点厚度是微纳米单位，具有响应速度快、精度高、热接点小、结构简单、便于集成等特点，因此薄膜热电偶被认为是极具潜力的测温手段，广泛用于高温领域的瞬态温度测量中，且具有广阔的应用前景。
2、但是传统的薄膜热电偶涂层材料为金属，而大部分金属材料硬度偏低，导致难以承受生产要求的高机械载荷，也不能对传感层起到耐磨防护作用。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提供一种薄膜热电偶，通过以tib2层和金属层作为传感层，实现薄膜热电偶涂层硬度的提升，能够在保证测温功能的同时兼具耐磨防护的效果。
2、本专利技术的第二方面在于提供一种薄膜热电偶的制备方法。
3、本专利技术的第三方面在于提供一种测温器件。
4、本专利技术的第四方面在于提供一种刀具。
5、为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
6、本专利技术的第一方面提供一种薄
7、本专利技术的薄膜热电偶的传感层包括金属层和tib2层，具有原位测温、耐磨防护和防氧化功能，且能得到稳定、准确、灵敏的传感信号。金属层和tib2层具有良好的导热性和导电性，因此可以利用金属和tib2的热电效应来实现薄膜热电偶传感层的温度传感功能。同时，利用tib2层表面机械性能好、与金属结合优异且结构致密的特性，能够实现薄膜热电偶传感层硬度的提升，在实现测温功能的同时实现耐磨防护的效果，使得传感层兼具耐磨防护功能，结构功能一体化，有效建立含有该薄膜热电偶的工件服役时受热状态及环境状态与薄膜热电偶信号演变之间的关联。
8、此外，该薄膜热电偶不仅能对温度进行实时监测，而且其传感层能对薄膜热电偶和被集成元件进行防护，减少薄膜热电偶所受到的损耗，从而延长其使用寿命。
9、在本专利技术的一些实施方式中，所述金属层和tib2层层叠设置。
10、在本专利技术的一些实施例中，所述薄膜热电偶包括层叠设置的绝缘基体层、金属层、tib2层。
11、在本专利技术的一些实施方式中，所述传感层的厚度为0.2～2μm。
12、在本专利技术的一些实施例中，所述传感层的厚度为1～2μm。
13、在本专利技术的一些具体实施例中，所述传感层的厚度为1.2～2μm。
14、在本专利技术的一些实施方式中，所述tib2层的厚度为0.1～1μm。
15、在本专利技术的一些实施例中，所述tib2层的厚度为0.5～1μm。
16、在本专利技术的一些具体实施例中，所述tib2层的厚度为0.6～1μm。
17、在本专利技术的一些实施方式中，所述金属层与tib2层的厚度比为(0.5～1.5):1。
18、在本专利技术的一些实施例中，所述金属层与tib2层的厚度比为(0.8～1.2):1。
19、在本专利技术的一些具体实施例中，所述金属层与tib2层的厚度比为(0.9～1.1):1。
20、在本专利技术的一些实施方式中，所述金属层中的金属包括铜镍合金(cuni)、镍铬合金(nicr)、镍硅合金(nisi)中的至少一种。
21、通过进一步选择特定的合金作为传感层的金属材料，能够更好地与tib2结合，进一步提升传感层的硬度和灵敏度。
22、在本专利技术的一些实施方式中，所述绝缘基体层包括硬质合金、钢材、aln、sio2、al2o3中的至少一种。
23、在本专利技术的一些实施方式中，所述薄膜热电偶的赛贝克系数为28～39μv/k。
24、在本专利技术的一些实施例中，所述薄膜热电偶的赛贝克系数为30～39μv/k。
25、在本专利技术的一些具体实施例中，所述薄膜热电偶的赛贝克系数为35～39μv/k。
26、在本专利技术的一些实施方式中，所述薄膜热电偶具有“v”形结构设计，中间接触点为薄膜热电偶的热结点，属于加热区域，包括绝缘基体层、金属层和tib2层；两端为测试端(冷端和热端)，分别包括绝缘基体层和金属层，绝缘基体层和tib2层。
27、本专利技术的第一方面提供了一种薄膜热电偶，包括绝缘基体层和传感层。其中，绝缘基体层能够避免传感层材料失去电子，导致导电性受到负面影响，也可以避免传感层与绝缘基体之间的电连接；传感层采用金属和tib2作为敏感元件，兼具测温功能和耐磨防护功能。本专利技术的薄膜热电偶可以集成在各种需要测温的元件表面用来检测元件工作时的实时温度，由于硬度较高，在保持高灵敏度测温的同时大幅提高薄膜热电偶的使用寿命，扩大了其应用场景。
28、本专利技术的第二方面提供一种本专利技术第一方面所述薄膜热电偶的制备方法，包括如下步骤：
29、通过物理气相沉积法在绝缘基体表面依次沉积金属层和tib2层，形成传感层，得到所述薄膜热电偶。
30、在本专利技术的一些实施方式中，所述沉积的沉积温度为100～600℃。
31、在本专利技术的一些实施例中，所述沉积的沉积温度为100～400℃。
32、在本专利技术的一些具体实施例中，所述沉积的沉积温度为250～400℃。
33、在本专利技术的一些示例中，所述沉积的沉积温度为350～400℃。
34、在本专利技术的一些实施方式中，所述沉积的沉积压力为0.1～0.8pa。
35、在本专利技术的一些实施例中，所述沉积的沉积压力为0.3～0.6pa。
36、在本专利技术的一些具体实施例中，所述沉积的沉积压力为0.3～0.4pa。
37、在本专利技术的一些实施方式中，所述沉积的沉积偏压为-50～-250v。
38、在本专利技术的一些实施例中，所述沉积的沉积偏压为-100～-200v。
39、在本专利技术的一些实施方式中，所述沉积金属层的沉积时间为20～40min。
40、在本专利技术的一些实施例中，所述沉积金属层的沉积时间为25～35min。
41、在本专利技术的一些实施方式中，所述沉积tib2层的沉积时间为110～130min。
42、在本专利技术的一些实施例中，所述沉积tib2层的沉积时间为115～125min。
43、在本专利技术的一些实施方式中，所述薄膜热电偶的制备方法包括如下步骤：
44、将绝缘基体至于真空腔室，开启装载有金属靶的磁控溅射靶，在绝缘基体表面通过溅射沉积金属层；关闭金属靶，其装载有tib2靶的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种薄膜热电偶，其特征在于，包括层叠设置的绝缘基体层、传感层；所述传感层包括金属层和TiB2层。
2.根据权利要求1所述薄膜热电偶，其特征在于，所述传感层的厚度为0.2～2μm。
3.根据权利要求2所述薄膜热电偶，其特征在于，所述TiB2层的厚度为0.1～1μm。
4.根据权利要求3所述薄膜热电偶，其特征在于，所述金属层与TiB2层的厚度比为(0.5～1.5):1。
5.根据权利要求1所述薄膜热电偶，其特征在于，所述金属层中的金属包括铜镍合金、镍铬合金、镍硅合金中的至少一种。
6.根据权利要求1所述薄膜热电偶，其特征在于，所述绝缘基体层包括硬质合金、钢材、AlN、SiO2、Al2O3中的至少一种。
7.一种权利要求1～6任一项所述薄膜热电偶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述薄膜热电偶，其特征在于，所述沉积的沉积温度为100～600℃；
9.一种测温器件，其特征在于，包括权利要求1～6任一项所述薄膜热电偶。
10.一种刀具，其特征在于，包括权利
...【技术特征摘要】
1.一种薄膜热电偶，其特征在于，包括层叠设置的绝缘基体层、传感层；所述传感层包括金属层和tib2层。
2.根据权利要求1所述薄膜热电偶，其特征在于，所述传感层的厚度为0.2～2μm。
3.根据权利要求2所述薄膜热电偶，其特征在于，所述tib2层的厚度为0.1～1μm。
4.根据权利要求3所述薄膜热电偶，其特征在于，所述金属层与tib2层的厚度比为(0.5～1.5):1。
5.根据权利要求1所述薄膜热电偶，其特征在于，所述金属层中的金属包括铜镍合金、镍铬合金、镍硅合金中的至少...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴正涛，罗筠龙，王启民，李海庆，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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