C/SiC复合材料表面高温瞬态温度传感器的研究

针对C/SiC复合材料制造的航空发动机热端部件瞬时表面温度监测困难的问题,研究了一种C/SiC复合材料瞬时表面温度测量方法。采用磁控溅射法结合电镀工艺在C/SiC复合材料表面沉积了Ni-Cr-ZrO_2复合过渡层,采用磁控溅射法在Ni-Cr-ZrO_2复合过渡层上依次制备了SiO_2绝缘膜、NiCr/NiSi薄膜热电偶和SiO_2保护膜。对不同厚度SiO_2绝缘膜的绝缘性能进行研究,结果表明3μm厚的SiO_2薄膜绝缘电阻值可达1.64×10~9Ω。对传感器静态性能的实验研究结果表明,在50～600℃,塞贝克系数为42.1μV/℃,非线性误差1.52%。用理论计算与实验结合的方式对传感器的动态性能进行了研究,结果表明,传感器的动态响应时间在微秒级,可实现瞬态温度测试。对传感器进行测温实验,结果表明传感器能满足室温～600℃范围内瞬态温度检测的需求。

采用薄膜热电偶的多层印刷电路板原位钻削温度测量

针对工业用多层印刷电路板(PCB)加工过程中钻削温度难以准确测量的技术难题,提出了一种基于薄膜热电偶的PCB各板层原位钻削温度测量方法。根据PCB的截面结构采用材料叠层建模方法对PCB钻削过程进行建模仿真,掌握了钻削过程中PCB钻削温度的分布及变化情况,并确定了传感器最佳镀膜位置为钻头进给方向的垂直底部。采用直流脉冲磁控溅射技术,在不同层数的PCB上制备薄膜热电偶传感器,并对其静、动态性能进行研究,结果表明所研制的温度传感器在30~200℃范围内,塞贝克系数为37.4 μV/℃,非线性误差不超过0.65%,动态响应时间为0.095ms。对不同层数的PCB进行了多组钻削温度测量实验,结果显示,钻削过程中4层、12层、20层的最高钻削温度分别为49.30℃、53.90℃、63.90℃,且每组重复实验的温度相对稳定,温度测量误差不超过0.8℃。该测量方法为PCB高速钻削工艺改进提供了参考。

高性能薄膜热电偶制备及其铣削应用研究

随着纳米薄膜沉积技术的发展,基于薄膜热电偶的瞬态温度测量技术在多种场合得到广泛应用。为实现薄膜热电偶在铣削加工中的应用,提出了一种高性能薄膜热电偶的制备方法。通过直流脉冲磁控溅射技术在石英基底上制备了NiCr/NiSi薄膜热电偶,并于氩气气氛进行不同温度的退火,研究了退火对薄膜热电偶综合性能的影响。结果表明,500℃退火的功能薄膜均匀性、导电性均有显著的提高,薄膜热电偶的塞贝克系数由退火前的36.3μV/℃增大到最大值40.5μV/℃,在连续热冲击和高温保持6 h后测温性能仍保持良好。将高性能薄膜热电偶研究成果用于测温铣刀的研制,并用于TC4正交铣削,得到了TC4铣削温度预测公式,为旋转类刀具加工温度的测量提供了一种可行性方案。