[发明专利]超高温曲面金属基厚/薄膜传感器绝缘层及其制备方法

说明书

本发明涉及曲面金属基厚/薄膜传感器绝缘层，具体是一种超高温曲面金属基厚/薄膜传感器绝缘层及其制备方法。本发明解决了现有金属基厚/薄膜传感器绝缘层在高温环境下导致传感器的可靠性降低、制备成本高、制备过程复杂的问题。一种超高温曲面金属基厚/薄膜传感器绝缘层，包括层叠于曲面合金基底上表面的介质/金属混合渐变过渡膜层、层叠于介质/金属混合渐变过渡膜层上表面的自由电子阻挡膜层、层叠于自由电子阻挡膜层上表面的第一介质膜层、层叠于第一介质膜层上表面的第二介质膜层、层叠于第二介质膜层上表面的第三介质膜层、层叠于第三介质膜层上表面的敏感膜层。本发明适用于曲面金属基厚/薄膜传感器。

技术领域

本发明涉及曲面金属基厚/薄膜传感器绝缘层，具体是一种超高温曲面金属基厚/薄膜传感器绝缘层及其制备方法。

背景技术

作为现代航空飞行器的动力核心部件，航空发动机正不断向大推力、大推重比的方向发展，且需要长期工作在高温、高压的极端环境中。在此背景下，通过在航空发动机上制备金属基厚/薄膜传感器来监测航空发动机在高温、高压、高转速环境中的工作状况，对于提高航空发动机的安全性和可靠性至关重要。在制备金属基厚/薄膜传感器的过程中，传感器的功能层需要制备在绝缘层之上，传感器的可靠性和使用寿命很大程度上取决于绝缘层的结构和性能。然而在现有技术条件下，绝缘层由于自身结构和制备方法所限，存在如下问题：其一，现有绝缘层普遍采用由耐高温陶瓷制成的单层结构。由于陶瓷与合金的热膨胀系数相差较大，在高温环境下绝缘层与合金基底（即航空发动机热件）的结合界面会出现较大热应力，由此导致绝缘层的附着力和绝缘性能大幅下降，从而导致绝缘层发生脱落和被击穿的几率较大，进而导致传感器的可靠性降低。例如中国专利CN112071988A、CN101881749A、CN111812171A以及CN108901091A，公开了在平板基底上丝网印刷绝缘层，印刷的绝缘层大部分仅有一层，绝缘性能不佳。专利中绝缘层的最高烧结温度为850℃，且所使用的是同一种绝缘介质浆料，不是层层递进的，耐高温绝缘性能不佳，在高温使用时可能会导致绝缘层与基底脱落。其二，现有绝缘层普遍通过溅射法制备而成。由于溅射法成本高、工艺复杂，导致绝缘层的制备成本高、制备过程复杂。例如中国专利CN107574415A，采用直流溅射的方法制备NiCrAlY合金层、NiCrAlY合金和Al₂O₃梯度层以及Al₂O₃层，制备成本高，工艺复杂。基于此，有必要发明一种超高温曲面金属基厚/薄膜传感器绝缘层及其制备方法，以解决现有金属基厚/薄膜传感器绝缘层在高温环境下导致传感器的可靠性降低、制备成本高、制备过程复杂的问题。

发明内容

本发明为了解决现有金属基厚/薄膜传感器绝缘层在高温环境下导致传感器的可靠性降低、制备成本高、制备过程复杂的问题，提供了一种超高温曲面金属基厚/薄膜传感器绝缘层及其制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种超高温曲面金属基厚/薄膜传感器绝缘层，包括层叠于曲面合金基底上表面的介质/金属混合渐变过渡膜层、层叠于介质/金属混合渐变过渡膜层上表面的自由电子阻挡膜层、层叠于自由电子阻挡膜层上表面的第一介质膜层、层叠于第一介质膜层上表面的第二介质膜层、层叠于第二介质膜层上表面的第三介质膜层、层叠于第三介质膜层上表面的敏感膜层；

所述曲面合金基底由镍基合金制成；

所述介质/金属混合渐变过渡膜层由以下材料制成：钇稳定氧化锆粉、镍铬粉、溶剂、粘结剂、玻璃粉、流平剂、分散剂；钇稳定氧化锆粉和镍铬粉的原料混合物的重量百分比为60%~70%；溶剂的重量百分比为15%~20%；粘结剂的重量百分比为3%~5%；玻璃粉的重量百分比为5%~10%；流平剂的重量百分比为1%~2%；分散剂的重量百分比为1%~5%；

所述自由电子阻挡膜层由氧化镁纳米晶制成；

所述第一介质膜层由第一种介质浆料制成；第一种介质浆料的热膨胀系数与镍基合金的热膨胀系数匹配；