[发明专利]一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法

说明书

本发明提供了一种多层热障涂层及其基于磷光的表层和底层的温度测量方法。该方法以陶瓷基磷光物质发光衰减时间对温度的敏感性为原理，基于涂层对磷光的通透性，通过在涂层的表层和底层掺杂不同种磷光物质，同时激发这两种磷光物质并对它们发出的磷光采集分析，实现对涂层表层和底层的同时测温。避免了传统热障涂层温度测试中的环境气体的吸收干扰和接触测量对结构的破坏和对结果带来的误差；且由于该方法只关注光强随时间的相对变化，而对绝对光强的没有精确要求，不需要精确计算评估涂层对光的吸收和散射影响，使得该方法更加便捷。该方法直接对热障涂层材料进行部分掺杂，不影响热障涂层本身厚度及其隔热效果。

技术领域

本发明涉及非接触固体温度测量领域，特别是涉及一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法。

背景技术

随着航空航天技术的不断发展，航空发动机的涡轮前温度已经远超金属材料的耐温极限。在此种情况下，航空发动机热障涂层成为了一种解决方案，通过在高温部件表面涂覆高热阻材料达到隔热效果，热障涂层的主要材料为耐高温陶瓷，通过一层以氧化铝为主要成分的粘结层与金属基材粘结。

而现有航空发动机的热障涂层主要存在下面的两个问题：隔热效果不易评价以及使用寿命不足；这就需要通过对热障涂层的表面和粘结层附近温度进行测量以便评价其性能。目前，可用的测温技术主要为红外法和薄膜热电偶，但是，红外法测温存在容易受航空发动机气体吸收及材料表面发射率影响的测试缺陷，测温结果存在很大的误差；薄膜热电偶受到造价、不利于更换拆卸以及引线等因素的限制，且接触测量温度容易对结构造成损伤，从而增大测温结果误差；因此，由于传统的热障涂层温度测试存在燃气气体吸收干扰和接触测量对结构的破坏等问题，导致最终的测温结果误差大且无法评价其隔热效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法，解决由于传统的热障涂层温度测试存在燃气气体吸收干扰和接触测量对结构的破坏而导致最终的测温结果误差大及无法评判热障涂层隔热效果问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多层热障涂层，包括：表层温敏层、普通隔热层以及底层温敏层；

所述普通隔热层设于所述表层温敏层以及所述底层温敏层之间；表层温敏层由陶瓷基材和第一磷光物质掺混而成，掺混应不影响热障涂层制备工艺；所述底层温敏层由陶瓷基材和第二磷光物质掺混而成，掺混应不影响热障涂层制备工艺；所述底层温敏层的底部设有金属粘结层；所述第一磷光物质与所述第二磷光物质发光的两个光强峰值互相不重叠；利用两种不同的激发光分别激发所述第一磷光物质以及所述第二磷光物质，并分别对所述第一磷光物质发出的第一磷光以及所述第二磷光物质发出的第二磷光进行采集分析，基于对所述第一磷光以及所述第二磷光的分析结果，同时对所述表层温敏层以及所述底层温敏层的温度进行测量；

选择所述两种不同的激发光时，当利用第一激发光激发所述第一磷光物质，所述第一激发光对所述第二磷光物质不激发或激发低于激发阈值；

当利用第二激发光激发所述第二磷光物质，所述第二激发光对所述第一磷光物质不激发或激发低于激发阈值。

可选的，所述表层温敏层的厚度占所述热障涂层的整体厚度的10％以下；所述底层温敏层的厚度占所述热障涂层的整体厚度的10％以下。

一种基于磷光的多层热障涂层的表层及底层测温方法，包括：

由表层温敏层向底层温敏层发射第一激发光以及第二激发光；所述第一激发光激发第一磷光物质；所述第二激发光激发第二磷光物质；选择所述两种不同的激发光时，当利用第一激发光激发所述第一磷光物质，所述第一激发光对所述第二磷光物质不激发或激发低于激发阈值；当利用第二激发光激发所述第二磷光物质，所述第二激发光对所述第一磷光物质不激发或激发低于激发阈值；所述第一激发光在所述表面温敏层内传播时，所述第一磷光物质被激发出的第一磷光；所述第二激发光在所述底层温敏层内传播时，所述第二磷光物质被激发出的第二磷光；