陶瓷基Pt/ITO薄膜热电偶的制备与性能研究

为了准确测量涡轮叶片表面温度,采用掩模图形化和射频磁控溅射的方法,在Al2O3陶瓷基片上沉积Pt/ITO薄膜热电偶,并对其进行了静态标定。结果表明：Pt/ITO薄膜热电偶在1 000℃进行大气气氛退火,随着退火时间的增加,样品热电势输出曲线稳定性逐渐增强,Seebeck系数也较大,标定曲线均具有很好的线性度,退火5h的样品的最大测温误差仅为16.03℃,可在400~1100℃温度范围热循环中稳定工作约20h。ITO薄膜厚度对Pt/ITO薄膜热电偶热电性能几乎没有影响。

金属基Pt/ITO薄膜热电偶的制备

采用多层膜结构制备了金属基Pt/ITO薄膜热电偶,薄膜热电偶由Ni基合金基片、NiCrAlY过渡层、热生长Al_2O_3层、Al_2O_3绝缘层、Pt/ITO功能层和Al_2O_3保护层构成。静态标定结果表明:样品的平均塞贝克系数为107.45μV/℃。测试温度可达到1000℃。时效处理可以有效提高薄膜热电偶的输出热电势。

基于电子印刷工艺的薄膜热电偶研制

薄膜热电偶由于具有体积小、热容量小及响应速度快等优点成为近年来学者们研究的重点。薄膜制备常用的方法有射频溅射法、离子镀膜法以及直流脉冲磁控溅射法等,但这些方法操作设备复杂,制作时间长,效率低,成功率低且复现性差。用电子印刷工艺制备薄膜热电偶,将Au,Pt的溶液化微纳米材料印制在基板上,印刷成为Au-Pt薄膜热电偶,该方法操作方便快捷,对电极材料污染小。通过试验证明:采用电子印刷工艺制备的Au-Pt薄膜热电偶符合Au-Pt热电偶检定规程的要求,热电偶精度高,重复性和一致性好。

基于沉积温度的氧化铟锡微结构调控及性能

为提高薄膜热电偶在航空发动机高温零部件表面瞬时测温的性能,采用直流磁控溅射法制备氧化铟锡(ITO)薄膜。通过沉积温度变化调控薄膜的微结构,并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、塞贝克测试仪、纳米划痕测试仪等分别表征薄膜的微观结构、表面形貌、热电性能及界面结合力。结果表明:沉积温度直接决定溅射原子的表面扩散、生长能力及ITO载流子迁移率,从而改善其结晶性和热电性能。沉积温度为450℃时,ITO薄膜表面呈三角形晶粒形貌,薄膜中In_(2)O_(3)沿(400)择优取向,相比低温沉积的薄膜展现出优异的结晶性,界面结合力达到10.89 mN,同时ITO功率因子显著提高,在900℃测试温度下功率因子约为400μW/(m·K^(2)),表现出较好的热电性能和高温结构稳定性。