PdCr高溫薄膜應(yīng)變計(jì)的研制.pdf

1、航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片在工作時(shí)，由于燃料的劇烈燃燒和葉片的快速轉(zhuǎn)動(dòng)，將受到高溫、強(qiáng)振動(dòng)、熱應(yīng)力、高離心力等綜合作用。渦輪葉片在這樣惡劣的環(huán)境中長時(shí)間工作，容易產(chǎn)生損傷，致使整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障。因此，對渦輪葉片的健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測對于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的研究具有重要的意義。本文采用薄膜沉積技術(shù)將應(yīng)變計(jì)直接沉積到渦輪葉片表面，形成功能/結(jié)構(gòu)一體化的薄膜應(yīng)變計(jì)。這種薄膜應(yīng)變計(jì)厚度在微米量級，不對葉片本身造成破壞，具有響應(yīng)速度快，不影響葉片流體特

2、性，靈敏度高、重復(fù)性好及耐高溫、高壓、氣流沖刷等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文中，首先采用射頻磁控濺射在Al2O3基片上制備PdCr應(yīng)變敏感薄膜材料，研究了濺射溫度、真空熱處理等工藝參數(shù)對PdCr薄膜微結(jié)構(gòu)和薄膜應(yīng)變特性及電學(xué)性能的影響。研究得到PdCr薄膜的優(yōu)化工藝為：濺射功率為150 W、基片溫度為400℃、沉積時(shí)間為60 min、薄膜厚度為1μm、Ar流量為35 sccm、濺射氣壓為0.5 Pa，原位退火溫度為400℃，時(shí)間為30 min

3、，后真空熱處理溫度為800℃、保溫時(shí)間為12 h。該工藝條件下制備的PdCr薄膜的電阻溫度系數(shù)（TCR）為202 ppm/℃，應(yīng)變靈敏系數(shù)（GF）為1.87。
　　其次，對鎳基合金基底上制備可靠的高溫絕緣層結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，具有晶態(tài) YSZ/非晶態(tài) YSZ/非晶態(tài) Al2O3結(jié)構(gòu)的絕緣層具有良好的高溫絕緣性能。在室溫下，該種復(fù)合薄膜絕緣層絕緣電阻大于1.2 GΩ，在800℃高溫下，絕緣電阻達(dá)150 KΩ，可以滿足制備

4、高溫應(yīng)變計(jì)絕緣性能的要求。
　　最后，研究了在鎳基高溫合金表面制備結(jié)構(gòu)/功能一體化的PdCr高溫薄膜應(yīng)變計(jì)。為增加應(yīng)變計(jì)功能層與金屬基底之間的附著強(qiáng)度并實(shí)現(xiàn)兩者之間的電絕緣，在鎳基高溫合金表面依次制備了NiCrAlY-富Al-Al2O3漸變過渡層、YSZ/Al2O3絕緣層，然后再制備PdCr薄膜功能層，并制備Al2O3/ZrO2保護(hù)層增強(qiáng)功能層的穩(wěn)定性及抗氧化能力。制備得到了多層薄膜結(jié)構(gòu)/功能一體化的PdCr高溫薄膜應(yīng)變計(jì)，并進(jìn)行