【摘 要】
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随着5G高速通信和物联网时代并肩到来,智慧生活的快速发展驱动了无线无源传感技术的日益进步。我国综合实力的腾飞和人民逐渐现代化的幸福生活都离不开先进制造业,而目前仍存在一些重大难题和关键技术急需得到解决和完善。许多制造业涉及温度高于1000℃的操作环境,如熔炼坩埚、高温辊和燃气轮机等,这些高温环境制造环节往往又是产品制造的最关键环节,所以对高温制造过程中的温度、应力、压力、振动等参数实施在线连续监控
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随着5G高速通信和物联网时代并肩到来,智慧生活的快速发展驱动了无线无源传感技术的日益进步。我国综合实力的腾飞和人民逐渐现代化的幸福生活都离不开先进制造业,而目前仍存在一些重大难题和关键技术急需得到解决和完善。许多制造业涉及温度高于1000℃的操作环境,如熔炼坩埚、高温辊和燃气轮机等,这些高温环境制造环节往往又是产品制造的最关键环节,所以对高温制造过程中的温度、应力、压力、振动等参数实施在线连续监控非常重要,这样做不但可以维持设备的不停机健康监测、而且可以实时管控调整产品制造质量。而高温过程中连续稳定的监控,首先要求传感器在高温环境能够正常工作,但这其中就已经存在着许多技术挑战,特别是在1000℃以上工作的传感器性能稳定性问题。而传统的有源有线传感器难以适应高温环境,新型的无源无线传感技术亟待开发。声表面波器件因其无线无源传感的特性而得到了广泛的应用,尤其是在高温恶劣环境中有优异的表现。本文围绕声表面波传感器高温应用中存在的难点展开研究。具体研究内容和成果总结如下:1.设计了耐高温电极的多层复合结构,通过压电方程和波函数解析计算等理论方法,设计了SAW器件的版图细节,并通过有限元软件对应用耐高温多层复合电极的SAW器件进行了仿真。2.探索了耐高温复合电极的制备工艺,成功制备出6μm宽的IDT电极,器件的谐振频率为113.25 MHz与设计仿真结果接近。使用SEM对电极表面形貌进行了表征,清楚地表明了Al2O3夹层阻碍Pt迁移和团聚的作用。使用四探针法实时测量了电极电阻在高温加热时的变化,并对应用了多层复合电极的SAW谐振器进行了高温性能检测,从多种途径证实了本工作制备的耐高温SAW谐振器在1200℃高温环境中的工作能力。通过结晶学和XRD分析论述了氧化铝夹层发挥作用提高电极耐高温能力的机理。应用了这种新型复合电极结构的SAW器件得以在1200°C下工作至少3小时。3.通过工艺方法对适用于高温的应变粘贴环节进行了改进,搭建了结合力测试平台验证了铝的热氧化方法对其结合力的提升效果。搭建了基于Z轴位移平台的应变测试系统,测试了不同工艺处理后的LGS可承受的最大应变。带有热氧化的铝过渡层的LGS与高温陶瓷胶之间的结合更加稳固,应变得到了更好的传递,制成的SAW应变传感器完成了在500℃下1000μ?的应变传感测试。
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