[发明专利]一种基于多层异质复合陶瓷薄膜的高温绝缘层及制备方法

说明书

本发明提供一种基于多层异质复合陶瓷薄膜的高温绝缘层及制备方法，该高温绝缘层包括合金基底；NiCoCrAlY过渡层，沉积形成于所述合金基底上；YSZ‑MgO中间层，沉积形成于所述NiCoCrAlY过渡层上；Al₂O₃原位生长结合层，形成于所述NiCoCrAlY过渡层与所述YSZ‑MgO中间层之间，所述Al₂O₃原位生长结合层通过原位生长方式形成；MgO绝缘层，沉积形成于所述YSZ‑MgO中间层上。本发明的复合绝缘层高温绝缘性能好、能实现发动机高温合金结构件的表面绝缘，为高温部件原位制备传感器件提供了可能。还具有工艺简便、厚度小、对被测场的影响小、制备成本低的特点。

技术领域

本发明涉及微纳加工技术领域，具体地，涉及一种基于多层异质复合陶瓷薄膜的高温绝缘层及制备方法。

背景技术

如今，随着航空航天、动力工程、工业生产以及科学研究等领域的飞速发展，在高温下对温度、热流、应变等物理量的测定显得尤为重要。在这种严苛的条件下，传统的箔式和丝式传感器由于精度较低、粘附性较差等问题导致应用受到限制。而薄膜传感器具有体积小、响应速度快、灵敏度高、对系统干扰小等优点，渐渐受到越来越多的重视。

然而，现有的薄膜传感器，大多是在合金材料或者高温导电陶瓷衬底等基底表面制备。当薄膜传感器在高温条件下工作时，传统的用来起到绝缘作用的单层陶瓷层将会由于晶界导电和缺陷和裂纹的存在而造成内部短路，导致绝缘能力随着温度升高而指数式失效，进而导致传感器失效。因此，对于薄膜传感器而言，迫切需要一种可以在高温下提供稳定绝缘条件的绝缘层结构，实现薄膜传感器在高温条件下的稳定工作。

经过检索发现：

授权公告号为CN104149416B的中国发明专利，公开一种金属基高温绝缘层及其制备方法，该金属基高温绝缘层包括六层结构，从下往上依次是合金基片1、NiCrAlY合金过渡层2、α-Al₂O₃层3、晶态YSZ层4、非晶态YSZ层5、Al₂O₃层6，其中α-Al₂O₃层采用热氧化法得到，晶态YSZ层和非晶态YSZ层均采用溅射方法得到，Al₂O₃层6采用电子束蒸发法制备得到。该发明的绝缘层能保证至少在800℃下，薄膜传感器功能层与金属基底之间的良好电绝缘，且经过长时间高温环境下退火后，绝缘电阻不会减小，且有增大的趋势，可以满足薄膜传感器在高温、高应力等环境下的正常工作。但是该发明仍存在如下问题：由于YSZ在高温下是离子导体，其绝缘层的耐热性能有待提高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于多层异质复合陶瓷薄膜的高温绝缘层及制备方法，能实现对高温下导电基底上传感器的良好绝缘，具有高温绝缘性能好、结构简单、工艺简便、厚度小、对被测场的影响小、制备成本低的特点。

根据本发明的一个方面，提供一种基于多层异质复合陶瓷薄膜的高温绝缘层，包括：

合金基底；

NiCoCrAlY过渡层，沉积形成于所述合金基底上；

YSZ-MgO中间层，沉积形成于所述NiCoCrAlY过渡层上；

Al₂O₃原位生长结合层，形成于所述NiCoCrAlY过渡层与所述YSZ-MgO中间层之间，所述Al₂O₃原位生长结合层通过原位生长方式形成；

MgO绝缘层，沉积形成于所述YSZ-MgO中间层上。

进一步地，所述Al₂O₃原位生长结合层通过一次空气中退火处理使所述NiCoCrAlY过渡层中的Al向所述YSZ-MgO中间层扩散形成。