【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于薄膜传感器，涉及一种耐高温薄膜复合传感器及其制备方法。
技术介绍
1、薄膜传感器在监测发动机叶片的工艺参数(如温度、应变和热流等)中具有重要应用，但是，现有高温薄膜传感器的最高使用温度一般在1000℃左右，最高值为1200℃，难以满足对航空发动机的监测需求。为此，本申请专利技术人提出了一种集温度、应变和热流测试功能为一体的耐高温薄膜传感器，可以在1200℃下长时间工作，但其在1500℃下仍然难以长时间工作。特别是，随着航空发动机功重比的进一步提升，其发动机叶片的最高温度可能大于1200℃，部分区域甚至达到1500℃，因而为满足发动机改型设计及性能提升的要求，还需要开发一种最高使用温度可以达到1500℃并能在1500℃下长时间工作的耐高温薄膜传感器。另外，在制备薄膜传感器的方法中，多采用高温胶将功能层粘贴到发动机叶片上，一方面，由于粘贴的传感器凸出叶片表面，会干扰叶片周围的热流和温度场，会造成测量数值不准确，另一方面，粘贴到发动机叶片上的传感器存在粘贴不牢固的缺陷，容易导致传感器从叶片上脱落，而脱落的传感器存在损害涡轮系统的风险。因此，获得一种能在1500℃的超高温条件下长时间工作的耐高温薄膜复合传感器以及与之配套的工艺简单、操作方便的制备方法，对于促进薄膜传感器在航空发动机叶片工艺参数监测中的广泛应用具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能在1500℃的超高温条件下长时间工作的耐高温薄膜复合传感器，还提供了一种
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种耐高温薄膜复合传感器，包括金属基底，所述金属基底表面由下至上依次设有ysz涂层、al2o3层和sio2层；所述sio2层上设有功能层；所述功能层上还覆盖有复合保护层；所述复合保护层为ysz和al2o3的混合薄膜。
4、上述的耐高温薄膜复合传感器，进一步改进的，所述ysz涂层的厚度为2000μm～3000μm；所述ysz涂层为氧化钇稳定氧化锆。
5、上述的耐高温薄膜复合传感器，进一步改进的，所述复合保护层的厚度为5μm～8μm。
6、上述的耐高温薄膜复合传感器，进一步改进的，所述金属基底为发动机叶片。
7、上述的耐高温薄膜复合传感器，进一步改进的，所述al2o3层为al2o3薄膜；所述al2o3层的厚度为3μm～7μm。
8、上述的耐高温薄膜复合传感器，进一步改进的，所述sio2层为sio2薄膜；所述sio2层的厚度为2μm～4μm。
9、上述的耐高温薄膜复合传感器，进一步改进的，所述功能层包括应变敏感栅和薄膜热电偶；所述应变敏感栅的材质为pdcr合金；所述应变敏感栅的厚度为800nm～1200nm；所述薄膜热电偶为k型薄膜热电偶，包括正极薄膜和负极薄膜；所述正极薄膜为nicr薄膜；所述正极薄膜的厚度为800nm～1200nm；所述负极薄膜为nisi薄膜；所述负极薄膜的厚度为800nm～1200nm。
10、上述的耐高温薄膜复合传感器，进一步改进的，所述应变敏感栅和薄膜热电偶上均连接有电极；所述电极为pt电极；所述电极的厚度为2μm～3μm。
11、上述的耐高温薄膜复合传感器，进一步改进的，所述电极上还连接有引线焊盘。
12、作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种耐高温薄膜复合传感器的制备方法，包括以下步骤：
13、s1、对金属基底进行喷砂处理，清洗；
14、s2、在金属基底表面喷涂ysz涂层；
15、s3、对ysz涂层进行抛光处理；
16、s4、在抛光处理后的ysz涂层表面制备al2o3层；
17、s5、对al2o3层进行热处理；
18、s6、在热处理后的al2o3层表面制备sio2层；
19、s7、在sio2层上制备功能层；
20、s8、在功能层上制备复合保护层；所述复合保护层为ysz和al2o3的混合薄膜；
21、s9、对复合保护层进行热处理，完成对耐高温薄膜复合传感器的制备。
22、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s1中，所述喷砂处理的时间为15min～22min；所述清洗为：先将喷砂处理后的金属基底置于丙酮中超声清洗10min～15min，然后置于酒精中超声清洗15min～20min，最后置于去离子水中超声清洗15min～20min；所述清洗完成后，在80℃～100℃下对清洗后的金属基底进行干燥，所述干燥的时间为20min～30min。
23、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s2中，采用火焰喷涂法在金属基底表面喷涂ysz涂层；所述火焰喷涂法的工艺参数为：预热温度为350℃～750℃，喷涂距离为8mm～12mm，乙炔的压力为0.02mpa～0.04mpa。
24、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s3中，采用离子束对ysz涂层进行抛光处理；所述抛光处理的工艺参数为：本底真空低于3×10-4pa，屏极电压为300v，电流为30ma～40ma，时间为0.5h～1h。
25、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s7中，所述功能层为应变敏感栅和薄膜热电偶时，所述功能层的制备方法包括以下步骤：
26、s71、采用双离子束溅射法在sio2层上制备薄膜热电偶；所述薄膜热电偶为正极薄膜时，所述双离子束溅射镀膜法的工艺参数为：以纯度为99.99％的90％ni-10％cr靶材作为靶材，电压为450v～550v，电流为40ma～60ma；所述薄膜热电偶为负极薄膜时，所述双离子束溅射镀膜法的工艺参数为：以纯度为99.99％的97％ni-3％si靶材作为靶材，电压为450v～550v，电流为50ma～55ma；
27、s72、采用双离子束溅射法在sio2层上制备应变敏感栅；所述应变敏感栅的制备过程中，采用的双离子束溅射镀膜法的工艺参数为：以纯度为99.99％的87％pd-13％cr靶材作为靶材，电压为480v～560v，电流为50ma～55ma。
28、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s4中，采用离子束溅射镀膜法在抛光处理后的ysz涂层表面制备al2o3层；所述离子束溅射镀膜法的工艺参数为：以纯度为99.99％的al2o3靶材作为靶材，真空度低于1×10-5pa，溅射功率为100w～200w，ar2流量为10sccm～30sccm，镀膜时间为6h～10h。
29、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s5中，所述热处理过程中还包括通入氧气，所述氧气的通入量为4sccm～8sccm；所述热处理的温度为500℃～600℃；所述热处理的时间为3h～5h。
30、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s6中，采用离子束溅射镀膜法在热处理后的al2o3层表面制备sio2层；所述离子束溅射镀膜法的工艺参数为：以纯度为99.99本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐高温薄膜复合传感器，其特征在于，包括金属基底，所述金属基底表面由下至上依次设有YSZ涂层、Al2O3层和SiO2层；所述SiO2层上设有功能层；所述功能层上还覆盖有复合保护层；所述复合保护层为YSZ和Al2O3的混合薄膜。
2.根据权利要求1所述的耐高温薄膜复合传感器，其特征在于，所述YSZ涂层的厚度为2000μm～3000μm；所述YSZ涂层为氧化钇稳定氧化锆。
3.根据权利要求1所述的耐高温薄膜复合传感器，其特征在于，所述复合保护层的厚度为5μm～8μm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的耐高温薄膜复合传感器，其特征在于，所述金属基底为发动机叶片；
5.一种耐高温薄膜复合传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述喷砂处理的时间为15min～22min；所述清洗为：先将喷砂处理后的金属基底置于丙酮中超声清洗10min～15min，然后置于酒精中超声清洗15min～20min，最后置于去离子水中超声清洗15min～20min；所述清洗完成后，
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S7中，所述功能层为应变敏感栅和薄膜热电偶时，所述功能层的制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求5～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，采用离子束溅射镀膜法在抛光处理后的YSZ涂层表面制备Al2O3层；所述离子束溅射镀膜法的工艺参数为：以纯度为99.99％的Al2O3靶材作为靶材，真空度低于1×10-5Pa，溅射功率为100W～200W，Ar2流量为10sccm～30sccm，镀膜时间为6h～10h；
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述耐高温薄膜复合传感器包括金属基底，所述金属基底表面由下至上依次设有YSZ涂层、Al2O3层和SiO2层；所述SiO2层上设有功能层；所述功能层上还覆盖有复合保护层；所述复合保护层为YSZ和Al2O3的混合薄膜。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述金属基底为发动机叶片；
...【技术特征摘要】
1.一种耐高温薄膜复合传感器，其特征在于，包括金属基底，所述金属基底表面由下至上依次设有ysz涂层、al2o3层和sio2层；所述sio2层上设有功能层；所述功能层上还覆盖有复合保护层；所述复合保护层为ysz和al2o3的混合薄膜。
2.根据权利要求1所述的耐高温薄膜复合传感器，其特征在于，所述ysz涂层的厚度为2000μm～3000μm；所述ysz涂层为氧化钇稳定氧化锆。
3.根据权利要求1所述的耐高温薄膜复合传感器，其特征在于，所述复合保护层的厚度为5μm～8μm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的耐高温薄膜复合传感器，其特征在于，所述金属基底为发动机叶片；
5.一种耐高温薄膜复合传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述喷砂处理的时间为15min～22min；所述清洗为：先将喷砂处理后的金属基底置于丙酮中超声清洗10min～15min，然后置于酒精中超声清洗15min～20min，最后置于去离子水中超声清洗15min～20...
【专利技术属性】
技术研发人员：余浪，颜秀文，禹宇，张浩，周国方，蓝镇立，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十八研究所，
类型：发明
国别省市：
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