[发明专利]加载贴片天线的SiCN无线无源温度传感器及制备方法

说明书

加载贴片天线的SiCN无线无源温度传感器及制备方法，涉及一种温度传感器。传感器设有陶瓷温度敏感元件，在陶瓷温度敏感元件表面设有金属层并形成谐振腔，在谐振腔上表面金属层设有缝隙，在谐振腔上方设有陶瓷基贴片天线。制备圆柱形陶瓷温度敏感元件；制备圆柱形谐振腔；制备陶瓷基板贴片天线；制备无线无源温度传感器。无线无源温度传感器采用SiCN作为温度敏感元件，在温度敏感元件表面镀金属层形成谐振腔，在谐振腔上表面金属层开缝隙，在谐振腔上方加载陶瓷基贴片天线。由聚合物先驱体热解法制备的SiCN陶瓷温度敏感元件可耐1400℃以上，在谐振腔上方加载的陶瓷基耐高温贴片天线，其陶瓷基底和金属贴片能耐1000℃以上。

技术领域

本发明涉及一种温度传感器，尤其是涉及一种加载贴片天线的SiCN陶瓷基无线无源温度传感器及其制备方法。

背景技术

航空发动机内部环境恶劣，工作温度极高(>1000℃)，现有的温度传感器多为光纤式或热电偶式等有线有源的工作方式，在航空发动机内部如此恶劣的环境下，特别是在航空发动机高压压气机段及燃烧室等部位，传统的有限有源温度传感器无法正常工作，这些部位温度数据严重缺乏，严重限制了航空发动机技术的发展。同时，航空发动机为旋转机械，有线有源传感器在安装方式上通常也难以满足测试要求。目前提出的无线无源传感器，存在工作温度低，测试距离近(10～20mm)等问题。因此，急需开发一种可应用于恶劣环境的耐高温无线无源温度传感器，这种温度传感器工作温度高、测试距离远等特点，尤其可应用于航空发动机内部温度的测量。

聚合物先驱体热解法制备陶瓷是利用聚合物先驱体良好的流动性、成型性、可加工性以及结构可设计性等优点，将聚合物先驱体进行高温热解制备先进陶瓷材料是一种新型成型方法。聚合物先驱体热解法制备的陶瓷材料耐高温、抗氧化、耐腐蚀，同时制作过程简便、成本低、烧结温度可降低至1000℃，是国际上研究的热点材料。聚合物先驱体制备的SiCN陶瓷在微波频段下介电常数和温度呈现较好的线性，因此可用来制作新型的超高温无线无源温度传感器。

发明内容

本发明的目的在于针对现有温度传感器存在的温度敏感元件工作温度低，有线有源的测量方式难以满足高温腐蚀等恶劣环境的要求，现有无线无源传感器测试距离较近等技术问题，提供了在高温腐蚀等恶劣环境下使用的一种加载贴片天线的SiCN陶瓷基无线无源温度传感器及其制备方法。

所述一种加载贴片天线的SiCN陶瓷基无线无源温度传感器，设有SiCN陶瓷温度敏感元件，在SiCN陶瓷温度敏感元件表面设有金属层并形成谐振腔，在谐振腔上表面金属层设有缝隙，在谐振腔上方设有陶瓷基贴片天线。

所述SiCN陶瓷温度敏感元件可采用圆柱形非晶态SiCN陶瓷温度敏感元件，所述金属层可采用耐高温金属层，所述陶瓷基贴片天线可采用耐高温陶瓷基贴片天线。

所述圆柱形非晶态SiCN陶瓷温度敏感元件的直径可为6～18mm，厚度可为0.5～5mm；圆柱形非晶态SiCN陶瓷温度敏感元件可通过聚合物先驱体热解法制备，所述SiCN陶瓷温度敏感元件可耐高温1400℃以上。

所述耐高温金属层是指熔点在1000℃以上的金属层，所述耐高温金属层的厚度可为5～50μm。

所述耐高温陶瓷基贴片天线的陶瓷基底的直径与谐振腔的直径相等，所述耐高温陶瓷基贴片天线的陶瓷基底和金属贴片耐高温1000℃以上。

所述加载贴片天线的SiCN陶瓷基无线无源温度传感器的制备方法包括以下步骤：

1)制备圆柱形陶瓷温度敏感元件：

(1)制备SiCN陶瓷素胚，具体方法如下：

方法1，将先驱体聚硅氮烷与热引发剂过氧化二异丙苯(DCP)混合后，进行热交联，再由液态的聚硅氮烷变为固态的聚硅氮烷，研磨成粉末后，放入模具中热压或冷等静压，得圆柱形SiCN陶瓷素胚；或