一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法技术

本发明专利技术提供了一种多层热障涂层及其基于磷光的表层和底层的温度测量方法。该方法以陶瓷基磷光物质发光衰减时间对温度的敏感性为原理，基于涂层对磷光的通透性，通过在涂层的表层和底层掺杂不同种磷光物质，同时激发这两种磷光物质并对它们发出的磷光采集分析，实现对涂层表层和底层的同时测温。避免了传统热障涂层温度测试中的环境气体的吸收干扰和接触测量对结构的破坏和对结果带来的误差；且由于该方法只关注光强随时间的相对变化，而对绝对光强的没有精确要求，不需要精确计算评估涂层对光的吸收和散射影响，使得该方法更加便捷。该方法直接对热障涂层材料进行部分掺杂，不影响热障涂层本身厚度及其隔热效果。

A multilayer thermal barrier coating and its surface and bottom temperature measurement method based on phosphorescence

【技术实现步骤摘要】
一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法
本专利技术涉及非接触固体温度测量领域，特别是涉及一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法。
技术介绍
随着航空航天技术的不断发展，航空发动机的涡轮前温度已经远超金属材料的耐温极限。在此种情况下，航空发动机热障涂层成为了一种解决方案，通过在高温部件表面涂覆高热阻材料达到隔热效果，热障涂层的主要材料为耐高温陶瓷，通过一层以氧化铝为主要成分的粘结层与金属基材粘结。而现有航空发动机的热障涂层主要存在下面的两个问题：隔热效果不易评价以及使用寿命不足；这就需要通过对热障涂层的表面和粘结层附近温度进行测量以便评价其性能。目前，可用的测温技术主要为红外法和薄膜热电偶，但是，红外法测温存在容易受航空发动机气体吸收及材料表面发射率影响的测试缺陷，测温结果存在很大的误差；薄膜热电偶受到造价、不利于更换拆卸以及引线等因素的限制，且接触测量温度容易对结构造成损伤，从而增大测温结果误差；因此，由于传统的热障涂层温度测试存在燃气气体吸收干扰和接触测量对结构的破坏等问题，导致最终的测温结果误差大且无法评价其隔热效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法，解决由于传统的热障涂层温度测试存在燃气气体吸收干扰和接触测量对结构的破坏而导致最终的测温结果误差大及无法评判热障涂层隔热效果问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种多层热障涂层，包括：表层温敏层、普通隔热层以及底层温敏层；所述普通隔热层设于所述表层温敏层以及所述底层温敏层之间；表层温敏层由陶瓷基材和第一磷光物质掺混而成，掺混应不影响热障涂层制备工艺；所述底层温敏层由陶瓷基材和第二磷光物质掺混而成，掺混应不影响热障涂层制备工艺；所述底层温敏层的底部设有金属粘结层；所述第一磷光物质与所述第二磷光物质发光的两个光强峰值互相不重叠；利用两种不同的激发光分别激发所述第一磷光物质以及所述第二磷光物质，并分别对所述第一磷光物质发出的第一磷光以及所述第二磷光物质发出的第二磷光进行采集分析，基于对所述第一磷光以及所述第二磷光的分析结果，同时对所述表层温敏层以及所述底层温敏层的温度进行测量；选择所述两种不同的激发光时，当利用第一激发光激发所述第一磷光物质，所述第一激发光对所述第二磷光物质不激发或激发低于激发阈值；当利用第二激发光激发所述第二磷光物质，所述第二激发光对所述第一磷光物质不激发或激发低于激发阈值。可选的，所述表层温敏层的厚度占所述热障涂层的整体厚度的10％以下；所述底层温敏层的厚度占所述热障涂层的整体厚度的10％以下。一种基于磷光的多层热障涂层的表层及底层测温方法，包括：由表层温敏层向底层温敏层发射第一激发光以及第二激发光；所述第一激发光激发第一磷光物质；所述第二激发光激发第二磷光物质；选择所述两种不同的激发光时，当利用第一激发光激发所述第一磷光物质，所述第一激发光对所述第二磷光物质不激发或激发低于激发阈值；当利用第二激发光激发所述第二磷光物质，所述第二激发光对所述第一磷光物质不激发或激发低于激发阈值；所述第一激发光在所述表面温敏层内传播时，所述第一磷光物质被激发出的第一磷光；所述第二激发光在所述底层温敏层内传播时，所述第二磷光物质被激发出的第二磷光；分别对所述第一磷光以及所述第二磷光进行滤波，确定滤波后的第一磷光以及滤波后的第二磷光；根据所述滤波后的第一磷光以及所述滤波后的第二磷光分别生成第一光随时间衰减的图像以及第二光随时间衰减的图像；根据所述第一光随时间衰减的图像以及所述第二光随时间衰减的图像分别确定所述第一磷光的衰减时间常数以及所述第二磷光的衰减时间常数；基于衰减时间常数-温度关系，根据所述第一磷光的衰减时间常数以及所述第二磷光的衰减时间常数确定所述表层温敏层的温度以及所述底层温敏层的温度。可选的，所述分别对所述第一磷光以及所述第二磷光进行滤波，确定滤波后的第一磷光以及滤波后的第二磷光，具体包括：获取所述第一磷光的峰值光强波段以及所述第二磷光的峰值光强波段为滤波波段；利用以所述第一磷光的峰值光强波段为滤波波段的第一滤光片对所述第一磷光进行滤波，确定滤波后的第一磷光；利用以所述第二磷光的峰值光强波段为滤波波段的第二滤光片对所述第二磷光进行滤波，确定滤波后的第二磷光。可选的，所述根据所述滤波后的第一磷光以及所述滤波后的第二磷光分别生成第一光随时间衰减的图像以及第二光随时间衰减的图像，具体包括：利用具有对光强随时间变化的测量功能的增强电荷耦合器件ICCD对所述滤波后的第一磷光以及所述滤波后的第二磷光进行采集，分别生成第一光随时间衰减的图像以及第二光随时间衰减的图像。可选的，所述根据所述第一光随时间衰减的图像以及所述第二光随时间衰减的图像分别确定所述第一磷光的衰减时间常数以及所述第二磷光的衰减时间常数，具体包括：根据公式分别确定所述第一磷光的衰减时间常数以及所述第二磷光的衰减时间常数；其中，L(t)为不同时刻的光强；L0为初始时刻的光强；t为时间；τ为衰减时间常数。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法，以陶瓷基磷光物质发出的光的寿命对温度的敏感性为原理，基于涂层对磷光的通透性，通过在涂层的不同位置掺杂不同种磷光物质，同时采集来自不同位置的磷光，实现对基材表层和底层的同时测温；该方法避免了传统测试中的环境气体吸收干扰和接触测量对结构的破坏和带来的对结果的误差，且只关注光强随时间的相对变化，而对绝对光强的没有精确要求，不需要精确计算评估涂层对光的吸收和散射影响，使得该温度测量方法更加便捷，提高测量表层温敏层温度以及底层温敏层温度的测量效率。同时该种方法直接对传统热障涂层进行部分材料掺杂，不在热障涂层表面添加涂层，不影响原热障涂层的喷涂工艺、涂层厚度和隔热效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的多层热障涂层结构图；图2为本专利技术所提供的基于磷光的多层热障涂层的表层及底层测温方法流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种多层热障涂层及其基于磷光的表层及底层测温方法，能够避免传统测试中的环境气体吸收干扰和接触测量对结构的破坏和带来的对结果的误差，提高测量表层温敏层温度以及底层温敏层温度的测量效率。为使本专利技术的上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层热障涂层，其特征在于，包括：表层温敏层、隔热层以及底层温敏层；/n所述隔热层设于所述表层温敏层以及所述底层温敏层之间；表层温敏层由陶瓷基材和第一磷光物质掺混而成；所述底层温敏层由陶瓷基材和第二磷光物质掺混而成；所述底层温敏层的底部设有金属粘结层；所述第一磷光物质与所述第二磷光物质发光的两个光强峰值互相不重叠；利用两种不同的激发光分别激发所述第一磷光物质以及所述第二磷光物质，并分别对所述第一磷光物质发出的第一磷光以及所述第二磷光物质发出的第二磷光进行采集分析，基于对所述第一磷光以及所述第二磷光的分析结果，同时对所述表层温敏层以及所述底层温敏层的温度进行测量；/n选择所述两种不同的激发光时，当利用第一激发光激发所述第一磷光物质，所述第一激发光对所述第二磷光物质不激发或激发低于激发阈值；/n当利用第二激发光激发所述第二磷光物质，所述第二激发光对所述第一磷光物质不激发或激发低于激发阈值。/n

【技术特征摘要】
1.一种多层热障涂层，其特征在于，包括：表层温敏层、隔热层以及底层温敏层；
所述隔热层设于所述表层温敏层以及所述底层温敏层之间；表层温敏层由陶瓷基材和第一磷光物质掺混而成；所述底层温敏层由陶瓷基材和第二磷光物质掺混而成；所述底层温敏层的底部设有金属粘结层；所述第一磷光物质与所述第二磷光物质发光的两个光强峰值互相不重叠；利用两种不同的激发光分别激发所述第一磷光物质以及所述第二磷光物质，并分别对所述第一磷光物质发出的第一磷光以及所述第二磷光物质发出的第二磷光进行采集分析，基于对所述第一磷光以及所述第二磷光的分析结果，同时对所述表层温敏层以及所述底层温敏层的温度进行测量；
选择所述两种不同的激发光时，当利用第一激发光激发所述第一磷光物质，所述第一激发光对所述第二磷光物质不激发或激发低于激发阈值；
当利用第二激发光激发所述第二磷光物质，所述第二激发光对所述第一磷光物质不激发或激发低于激发阈值。


2.根据权利要求1所述的多层热障涂层，其特征在于，所述表层温敏层的厚度占所述热障涂层的整体厚度的10％以下；所述底层温敏层的厚度占所述热障涂层的整体厚度的10％以下。


3.一种基于磷光的多层热障涂层的表层及底层测温方法，其特征在于，所述测量方法应用于权利要求1-2任一项所述的多层热障涂层，所述测温方法包括：
由空气向表层温敏层及底层温敏层发射第一激发光以及第二激发光；所述第一激发光激发第一磷光物质；所述第二激发光激发第二磷光物质；选择所述两种不同的激发光时，当利用第一激发光激发所述第一磷光物质，所述第一激发光对所述第二磷光物质不激发或激发低于激发阈值；当利用第二激发光激发所述第二磷光物质，所述第二激发光对所述第一磷光物质不激发或激发低于激发阈值；所述第一激发光在所述表面温敏层内传播时，所述第一磷光物质被激发出的第一磷光；所述第二激发光在所述底层温敏层内传播时，所述第二磷光物质被激发出的第二磷光；
分别对所述第一磷光以及所述第二磷光进行滤波，确定滤波后的第一磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：全永凯，徐国强，刘臻丽，殷秋洋，闻洁，董苯思，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11