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在航空发动机研发的冷效实验和整机试验中,需要准确测量涡轮叶片表面温度及温度分布,薄膜热电偶是实现准确测量的方法之一。相较于线材热电偶,薄膜热电偶具有与叶片一体化集成、不破坏叶片结构、不干扰流场、热容量小、响应迅速等特点,非常适合涡轮叶片的表面温度测量。In2O3和ITO是一类宽禁带半导体氧化物材料,由它们构成的In2O3/ITO薄膜热电偶高温稳定性好,热电敏感性高,最高工作温度可达1200℃,其高温热电性能优于K型(NiCr/NiSi)和S型(Pt/PtRh)薄膜热电偶,在发动机叶片表面温度测量中,尤其是超高温(>1100℃)工作环境具有十分重要的应用前景。本文在前期K型、S型以及Pt/ITO薄膜热电偶研制工作基础上,开展了In2O3/ITO薄膜热电偶的制备与性能研究工作,重点开展了In2O3薄膜制备工艺,陶瓷基和金属基In2O3/ITO薄膜热电偶的制备与性能标定研究。首先,采用射频磁控溅射法在Al2O3陶瓷基片上沉积In2O3薄膜,主要研究了溅射功率、气压、氧氩流量比和氮氩流量比等工艺条件对其电阻率、沉积速率的影响。结果表明,In2O3薄膜电阻率先随溅射功率增加而降低,然后又随功率增加而略微上升;随着溅射气压的升高,In2O3薄膜的电阻率呈现逐渐升高和沉积速率呈现逐渐下降的趋势。随着O2/Ar流量比的增加,In2O3薄膜沉积速率下降,电阻率增加。随着N2/Ar流量比的增加,In2O3薄膜的沉积速率下降,电阻率上升。其次,在Al2O3陶瓷基片上制备了In2O3/ITO陶瓷薄膜热电偶,热电偶尺寸为(长×宽×厚)63mm×1mm×1.5μm,主要研究了氮掺杂、退火时间、退火温度、退火气氛、保护层对样品热电性能的影响,采用静态标定法对样品进行标定。结果表明,氧化铟薄膜的电阻率越高,样品的Seebeck系数和热电动势输出越大,氮掺杂的In2O3/ITO薄膜热电偶热电势输出较低,温度敏感性降低。随着退火温度的升高,热电偶的Seebeck系数和热电势输出逐渐增大。在不同退火气氛的条件下,空气中退火的热电偶热电稳定性最好。退火时间对Seebeck系数无太大影响,但在过高温度下退火,时间过长不利于热电偶的热电输出稳定性。有Al2O3保护层样品的Seebeck系数约为177.7μV/℃,热电性能优于无保护层样品,在350~1050℃温度范围,样品的测温误差小于±0.95%,使用寿命大于20 h。最后,在镍基合金平板基片上依次采用磁控溅射法沉积10μm的NiCrAlY过渡层、真空析铝并高温热生长Al2O3层、电子束蒸发10μm的Al2O3绝缘层、射频磁控溅射沉积1.5μm厚的In2O3/ITO功能层和电子束蒸发沉积2μm的Al2O3保护层,成功制备出金属基In2O3/ITO薄膜热电偶样品,功能层电极尺寸为(长×宽×厚)63mm×1mm×1.5μm,并对样品进行了静态标定。结果表明,样品的平均Seebeck系数约为175.3μV/℃,在350~1050℃温度范围测温误差小于±2.78%,使用寿命大于20 h,可在1050℃高温环境稳定工作7 h。