论文部分内容阅读
锰铜计是一种特种传感器，主要用于测量冲击波产生的超高压力。其量程上限可达50GPa，是现有传感器中最高的。为满足国防工程的特殊需要，须进一步提高传感器的量程上限及缩短传感器的响应时间。本文通过传感器的结构设计、敏感材料和封装材料的研制以及采用新的传感器制备工艺，制作了一种新型的薄膜化的锰铜传感器，所得到的主要结论及创新性的结果可归纳如下： 1．首次采用全薄膜化工艺制作气炮用锰铜超高压力传感器，即首先在绝缘基板上沉积锰铜敏感薄膜，然后再在敏感膜的上面沉积绝缘封装薄膜。实验采用高压绝缘性能优良的Al2O3作为锰铜敏感元件的封装材料，首次实现了敏感元件“清洁”的无机固态封装，从根本上消除了高压旁路电阻效应。实验中铜靶板上的最大压力达到了107GPa，氧化铝封装中的压力也达70GPa以上，薄膜式锰铜计输出的信号波形完整，压阻信号的平台持续时间长，无明显的旁路存在。 2．首次采用以氧化铝材料为基的“后置式”结构，该结构将“后置式”传感器的适用范围的上限压力从原有的～20GPa扩展到100GPa以上，使得传感器在高GPa段也具有快速的频响特性。实验中所得响应时间最短的仅为19ns。 3．对传感器在30～70GPa间进行了初步的标定，标定曲线近似为一条直线，压阻系数为0.0201±0.0002GPa-1。传感器的灵敏度高，约为其他单位研制的薄膜锰铜计的1倍，而与现用的低GPa的箔式锰铜计的灵敏度相近。根据阻抗匹配原则，首次使“后置式”传感器的有效量程达到了100GPa以上，比现有传感器的量程上限提高了1倍多。并且传感器表现出精度高，重复性和一致性好，线性好的特点，首次在高GPa段实现了相对误差≤±2％。 4．在实验的初期，本文还研究了“在位式”的锰铜薄膜传感器，即首先在陶瓷或微晶玻璃基板上沉积锰铜敏感元件，然后用粘贴PTFE薄膜的方法完成传感器的封装。实验发现该传感器的响应时间与安装方式有关，当基板正对飞片时，响应慢；而PTFE薄膜正对飞片时，响应快。 5．首次采用磁控溅射法沉积了低电阻温度系数的锰铜薄膜，研究了在不同 电子科技大学博士学位论文沉积及热处理条件下薄膜TCR的变化。发现磁控溅射法可以沉积得到与靶材组分一致的锰铜薄膜，沉积的最佳温度为150～200’C，并且阴极靶的温度对薄膜TCR有很大的影响。由优化的溅射工艺参数原位沉积的锰铜薄膜的TCR。20X 10‘／”C，200～350’C热处理会使 TCR升高，而 400C热处理 1小时后，TCR降至10X 10“‘／℃＊的TCR保证了锰铜传感器仅对压力敏感，而对温度不敏感，保证了传感器的测试精度。 以上第l～3创新点及第5创新点已经分别申请了两项中国发明专利：“薄膜式锰铜超高压力传感器”和“低电阻温度系数锰铜薄膜的制备方法”。