基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器、制备方法及应用，该传感器包括陶瓷基底、铂敏感栅、前驱体陶瓷保护层、焊点、引线和压块，铂敏感栅和前驱体陶瓷保护层依次通过韦森堡直写成型技术直写于陶瓷基底上，其中，用于直写前驱体陶瓷保护层的原料组分包括：45wt％～55wt％的SiCN前驱体陶瓷溶液、25wt％～35wt％的TiB2粉末、1.2wt％～2wt％Y2O3粉末及13.8wt％～23wt％的ZrO2粉末，前驱体陶瓷保护层覆盖在铂敏感栅上，引线设于压块与铂敏感栅之间，并通过焊点实现与铂敏感栅的电性连接。该传感器具有耐高温(50℃至800℃)、小扰动及高温稳定性好等优势，有望突破目前丝网印刷及磁控溅射工艺制备铂薄膜温度传感器所导致的成本高、材料单一及曲面共形困难等瓶颈问题。等瓶颈问题。等瓶颈问题。

【技术实现步骤摘要】
基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及温度传感器领域，特别是一种基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]实现航空发动机及燃气轮机内部关键零部件的高温原位温度实时监测，是世界公认的技术难题之一。铂薄膜温度传感器因其扰流小、精度高、线性度好及稳定性强等优点，有望解决高温等极端环境中的特种传感技术问题。然而铂薄膜直接暴露在高温环境下易产生薄膜团聚与热挥发问题，极大地影响了铂薄膜温度传感器的高温稳定性。
[0003]为解决上述问题，现有技术中提出有多种铂薄膜温度传感器及其制备方法。例如申请号为CN202110017510.X的中国专利技术专利提供了一种高温铂薄膜电阻温度传感器及其制备方法，其采用玻璃釉料完成铂薄膜电阻封装，提升了电阻温度系数和高温(850℃)稳定性，但缺点在于低温段(250℃～400℃)稳定性较差，封装厚度过厚(100μm～200μm)，易对被测环境的流场造成扰动，影响测温准确性，且三层封装结构的制备工艺复杂。又如申请号为CN202110812041.0的中国专利技术专利提供了一种铂薄膜温度传感器的封装方法，通过磁控溅射的方法在铂薄膜电阻上制备AlN保护层，可解决铂薄膜温度传感器800℃以上高温稳定性差的问题，但同样需要在AlN保护层上涂覆百微米级别的高温保护釉层，且所采用的磁控溅射工艺成本较高。
[0004]此外，现有铂薄膜及其封装结构通常采用丝网印刷或磁控溅射工艺制备，难以将传感器原位制备于具有圆柱面/复杂曲面共性特征的高温零部件表面。

技术实现思路

[0005]针对以上目前存在的技术问题，本申请的实施例提出了一种基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器、制备方法及应用来解决以上的问题。
[0006]根据第一方面，本申请提出了一种基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器，包括陶瓷基底、铂敏感栅、前驱体陶瓷保护层、焊点、引线和压块，铂敏感栅和前驱体陶瓷保护层依次通过韦森堡直写成型技术直写于陶瓷基底上，其中，用于直写前驱体陶瓷保护层的原料组分包括：45wt％～55wt％的SiCN前驱体陶瓷溶液、25wt％～35wt％的TiB2粉末、1.2wt％～2wt％Y2O3粉末及13.8wt％～23wt％的ZrO2粉末，前驱体陶瓷保护层覆盖在铂敏感栅上，引线设于压块与铂敏感栅之间，并通过焊点实现与铂敏感栅的电性连接。
[0007]作为优选，铂敏感栅设有四个引脚，引脚裸露在前驱体陶瓷保护层外部，焊点和引线分别设在每个引脚上，并通过压块与焊点将引线和引脚固连。
[0008]作为优选，压块靠近焊点一侧设有开槽，引线与开槽过盈配合，并从开槽中引出。
[0009]作为优选，铂敏感栅的厚度为3μm～5μm，前驱体陶瓷保护层的厚度为15μm～20μm。
[0010]作为优选，陶瓷基底为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷及氧化锆陶瓷中的任意一种，其表面包括平面或曲面。
[0011]作为优选，焊点的原料组分包括：35wt％～50wt％的SiCN前驱体陶瓷溶液、50wt％～65wt％的TiB2粉末。
[0012]作为优选，引线为铂丝，压块为带槽氧化铝圆片。
[0013]作为优选，高温铂薄膜温度传感器的使用温度范围为50℃至800℃。
[0014]根据第二方面，本申请提出了一种根据上述的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1：对陶瓷基底进行清洗、干燥；
[0016]S2：称取铂浆原料，加入2wt％～4wt％的浆料稀释剂，充分搅拌混合均匀得到可供直写的铂浆，采用韦森堡直写成型技术在步骤S1的陶瓷基底上表面直写铂敏感栅，直写针头内径为0.25mm～0.4mm，直写速度为0.15mm/s～0.3mm/s；
[0017]S3：烧结步骤S2的铂敏感栅，烧结条件为：以5℃/min～8℃/min的升温速率由室温升温至150℃～180℃并保温10min～20min，继续升温至950℃～1000℃并保温20min～30min，之后以5℃/min～8℃/min的降温速率降温至室温，得到具有四个引脚的铂敏感栅；
[0018]S4：将25wt％～35wt％的TiB2粉末、1.2wt％～2wt％Y2O3粉末及13.8wt％～23wt％的ZrO2粉末加入45wt％～55wt％的SiCN前驱体陶瓷溶液中，进行磁力搅拌，转速50r/min～100r/min，时间1h～1.5h，得到可供直写的前驱体陶瓷保护层复合溶液；采用韦森堡直写成型技术在步骤S3的铂敏感栅上表面直写前驱体陶瓷保护层，并裸露出铂敏感栅的四个引脚，直写针头内径为0.25mm～0.4mm，直写速度为0.15mm/s～0.3mm/s；
[0019]S5：热解步骤S4的前驱体陶瓷保护层，热解条件为：以4℃/min～5℃/min的升温速率由室温升温至450℃～480℃，并保温1h～1.5h，继续升温至800℃～850℃并保温1h～1.5h，之后以4℃/min～5℃/min的降温速率降温至室温；
[0020]S6：将50wt％～65wt％的TiB2粉末加入35wt％～50wt％的SiCN前驱体陶瓷溶液中，进行磁力搅拌，转速50r/min～100r/min，时间1h～1.5h，得到焊点复合溶液，在铂敏感栅的四个引脚上表面分别涂覆焊点；
[0021]S7：将四条引线分别插入四个压块的开槽内，形成过盈配合，将压块带有开槽的一侧与步骤S6的焊点固连；
[0022]S8：热解步骤S7的焊点，热解条件为：以4℃/min～5℃/min的升温速率由室温升温至800℃～850℃，之后以4℃/min～5℃/min的降温速率降温至室温，使得步骤S7的四条引线通过焊点与铂敏感栅电性连接。
[0023]根据第三方面，本申请提供的一种上述的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器在曲面陶瓷轴承上原位温度监测的应用。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0025](1)本专利技术提出的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器具有耐高温、小扰动及高温稳定性好等优势，可在50℃至800℃内稳定工作；铂敏感栅及前驱体陶瓷保护层总厚度小于25μm，高温电阻漂移率(800℃内保温1h)小于0.62％，且线性度极佳，相关系数R2达0.99996。
[0026](2)本专利技术提出的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器在制备方法上，铂敏感栅及前驱体陶瓷保护层均采用直写成型技术制备，无需掩膜，薄膜的厚度及均匀性更易控制，由于薄膜材料的精准沉积，材料损耗少，成本低。
[0027](3)本专利技术提出的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器通过四/五轴韦森堡直写平台可将铂薄膜温度传感器原位、无损制备于曲面类零部件上，有望突破目前丝网印刷及磁控溅射工艺制备薄膜温度传感器所导致的成本高、材料单一及曲面共形困难等瓶颈问题。
附图说明
[0028]包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器，其特征在于，包括陶瓷基底、铂敏感栅、前驱体陶瓷保护层、焊点、引线和压块，所述铂敏感栅和所述前驱体陶瓷保护层依次通过韦森堡直写成型技术直写于所述陶瓷基底上，其中，用于直写所述前驱体陶瓷保护层的原料组分包括：45wt％～55wt％的SiCN前驱体陶瓷溶液、25wt％～35wt％的TiB2粉末、1.2wt％～2wt％Y2O3粉末及13.8wt％～23wt％的ZrO2粉末，所述前驱体陶瓷保护层覆盖在所述铂敏感栅上，所述引线设于所述压块与所述铂敏感栅之间，并通过所述焊点实现与所述铂敏感栅的电性连接。2.根据权利要求1所述的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器，其特征在于，所述铂敏感栅设有四个引脚，所述引脚裸露在所述前驱体陶瓷保护层外部，所述焊点和所述引线分别设在每个所述引脚上，并通过所述压块与所述焊点将所述引线和所述引脚固连。3.根据权利要求1所述的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器，其特征在于，所述压块靠近所述焊点一侧设有开槽，所述引线与所述开槽过盈配合，并从所述开槽中引出。4.根据权利要求1所述的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器，其特征在于，所述铂敏感栅的厚度为3μm～5μm，所述前驱体陶瓷保护层的厚度为15μm～20μm。5.根据权利要求1所述的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器，其特征在于，所述陶瓷基底为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷及氧化锆陶瓷中的任意一种，其表面包括平面或曲面。6.根据权利要求1所述的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器，其特征在于，所述焊点的原料组分包括：35wt％～50wt％的SiCN前驱体陶瓷溶液、50wt％～65wt％的TiB2粉末。7.根据权利要求1所述的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器，其特征在于，所述引线为铂丝，所述压块为带槽氧化铝圆片。8.根据权利要求1所述的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器，其特征在于，所述高温铂薄膜温度传感器的使用温度范围为50℃至800℃。9.一种根据权利要求1
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8中任一项所述的基于直写成型的高温铂薄膜温度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对陶瓷基底进行清洗、干燥；S2：称取铂浆原料，加入2wt％～4wt％的浆料...

【专利技术属性】
技术研发人员：海振银，孙道恒，曾英俊，陈国淳，陈沁楠，何功汉，武超，林帆，潘晓川，李劲，吴文杰，崔宇轩，崔灿，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：