[发明专利]一种激光热解复合增材制造一体化前驱体陶瓷薄膜传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种激光热解复合增材制造一体化前驱体陶瓷薄膜传感器及其制备方法，以金属构件或绝缘材料作为基底，针对金属构件表面通过逐层激光热解增材技术形成高致密性、高绝缘性以及抗高温的PDC掺杂的复合绝缘膜层，并在复合绝缘膜层上通过维森堡直写PDC掺杂填料的敏感栅，经激光热解增强PDC石墨化的方法获得优良导电性能的应变敏感层，从而开创以PDC材料为基础的高绝缘膜层和优良导电性能的敏感栅与金属基底的激光原位增材一体化制造，实现了PDC复合材料从“液‑固‑功能”转变的激光工艺流程，并成功将其应用于金属材料应变传感。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，特别涉及一种激光热解复合增材制造一体化前驱体陶瓷(PDC)薄膜传感器及其制备方法。

背景技术

随着航空、航天技术的发展，对高温服役环境的智能化监测提出了越来越高的要求，前驱体陶瓷(PDC)材料是一类新型的高温陶瓷，由于具有优异的高温热稳定性、抗氧化性和抗蠕变性能，且在1700℃以下保持无定形态，具有半导体特性，被认为是良好的高温传感材料。很多研究人员将其用于高温领域的温度、应变以及热流等物理量的监测。

与传统的传感器相比，薄膜传感器具有尺寸小(厚度为μm量级)、可以原位制造加工，对测试环境影响较小等优点，在航空、航天等领域的异型精密结构部件参量测试技术领域具有广阔的应用前景。目前，制作前驱体陶瓷薄膜传感器的相关文献较少。公开的在审的发明专利主要是(一种聚合物前驱体陶瓷薄膜RTD及其制备方法，申请号201911309009.X)应用聚合物前驱体制作传感器，主要流程是聚合前驱体经过交联、固化、高温热解(800℃以上)陶瓷化，从而实现导电敏感元件的制作。

要实现PDC薄膜传感器更为高效、便捷、广泛的实际应用需求，开发高效、灵活、以及对基底材料热损伤小的制备工艺，实现高绝缘膜层和优良导电性能的敏感栅与基底一体化制造技术是其在异型精密结构部件参量测试技术领域实现原位传感功能的关键问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种激光热解复合增材制造一体化前驱体陶瓷(PDC)薄膜传感器及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种激光热解复合增材制造一体化前驱体陶瓷(PDC)薄膜传感器，其包括基底和敏感栅，所述敏感栅经过激光热解并熔融于基底上；

所述敏感栅厚度为10～20μm。

优选的，所述基底由绝缘材料组成；绝缘材料选用氧化铝；传感器的制备方法包括如下步骤：

1)预处理：将氧化铝绝缘基底超声清洗后，烘干；

2)敏感栅的制备：配置导电填料与PDC溶液的混合溶液，通过维森堡直写工艺，将其直写于步骤1)的氧化铝绝缘基底上，加热固化后，在相同温度下进行激光热解处理，经过光热作用，促使PDC有机物转化为陶瓷，同时增强了碳的石墨化的程度，形成导电良好的敏感栅，因此制备出前驱体陶瓷绝缘基应变传感器。

优选的，所述基层由依次设置的基底、过渡层及复合绝缘层组成；所述传感器由下而上依次为基底、过渡层、复合绝缘层以及敏感栅，所述复合绝缘层的厚度为50～200μm，所述基底为金属材料。

所述传感器的复合绝缘层和敏感栅均基于PDC材料，所述复合绝缘层是由PDC掺杂惰性绝缘粉末和PDC掺杂惰性绝缘浸润作用的粉末构成，所述敏感栅是由PDC掺杂导电粉末构成。

进一步的，所述基底选用Ni基合金材料，所述复合绝缘层包括绝缘层及绝缘浸润层；传感器的制备方法包括如下步骤：

1)预处理：将镍基合金片超声清洗后，烘干，接着通过磁控溅射机在镍基合金片上沉积一层过渡层(应用温度高于600℃)；

其中，过渡层的厚度为3～10μm。