圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器及其制备装置、制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器及其制备装置、制备方法，该温度传感器包括圆柱面基底、陶瓷薄膜敏感栅、焊点、引线和固定件，陶瓷薄膜敏感栅和焊点通过曲面韦森堡直写成型技术共形敷设于圆柱面基底上并经过热解陶瓷化制得，焊点设置在陶瓷薄膜敏感栅上，引线与焊点连接，并且固定件盖合于焊点上。本发明专利技术能够实现在轴承、螺栓等圆柱面基底上原位制备陶瓷薄膜温度传感器，其传感器具有原位无损检测、极端环境耐受性强、对待测结构表面特性影响较小等优点；其制备装置和方法具有圆柱面图案化效率高、工艺简单等优点，为高温薄膜传感器走向实际应用提供新思路。温薄膜传感器走向实际应用提供新思路。温薄膜传感器走向实际应用提供新思路。

【技术实现步骤摘要】
圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器及其制备装置、制备方法


[0001]本专利技术涉及薄膜温度传感器制备
，特别是一种圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器及其制备装置、制备方法。

技术介绍

[0002]在航空航天、燃气轮机等领域，航空轴承、耐高温螺栓等具有圆柱面共性特征的零部件常在高温高压、高转速的恶劣条件下运行，极易产生疲劳、磨损等失效问题。温度是衡量上述零部件服役状态的重要指标，在具有圆柱面共性特征的零部件上实现高温原位检测对关键零部件的状态监测与早期故障诊断具有重要意义。
[0003]然而传统传感器由于尺寸较大，测量曲面零部件时常采用开孔或外部安装的方式进行信号采集，对被测零件结构有所破坏，且由于测量位置并非在原位，难以获得较为准确的测试信号；此外由于高温应用场景对传感器材料要求较高，限制了较为成熟的曲面自组装技术及曲面转印技术的拓展应用。
[0004]为解决上述问题，现有技术提出有多种，例如申请号为CN 201811300429.7的专利技术专利提供了一种用于航空发动机涡轮叶片的薄膜温度传感器，其利用离子沉积技术在叶片曲面上制备了功能、结构一体化薄膜传感器，薄膜传感器总厚度小于25um，最高测量温度1100℃，但离子沉积工艺不适用于曲率大的曲面，且制备成本较高；例如申请号为CN201921389203.9的技术提供了一种光栅式螺栓传感器，其在螺栓的圆柱面上制备了可重复拆卸适用，成本较低的光栅式传感器，但其测温范围有限，且在螺栓圆柱面上有开设圆槽，影响其机械强度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种原位检测、极端环境耐受性强、对待测结构表面特性影响较小的圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器，还提供一种圆柱面图案化效率高、工艺简单的一种圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器的制备装置和方法。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器的制备装置，包括机座、工作台、Y轴密封线性模组、X轴密封线性模组、Z轴密封线性模组、电动旋转台、韦森堡直写模块、运动控制器、V型夹持器；
[0008]工作台固定在机座上方，机座上方的两侧均设置有Y轴密封线性模组，Y轴密封线性模组包括Y轴电机、Y轴滑轨和Y轴滑块，Y轴滑块设于Y轴滑轨上，Y轴电机用于驱动Y轴滑块沿Y轴滑轨滑动；
[0009]X轴密封线性模组包括X轴电机、X轴滑轨和X轴滑块，X轴滑轨两端固定在Y轴滑块上，X轴滑块设于X轴滑轨上，X轴电机用于驱动X轴滑块沿X轴滑轨滑动；
[0010]Z轴密封线性模组包括Z轴电机、Z轴滑轨和Z轴滑块，Z轴滑轨固定在X轴滑块上，Z
轴滑块设于Z轴滑轨上，Z轴电机用于驱动Z轴滑块沿Z轴滑轨滑动，X轴滑轨、Y轴滑轨、Z轴滑轨之间两两相互垂直；
[0011]电动旋转台固定在Z轴滑块上，韦森堡直写模块固定在电动旋转台上，电动旋转台旋转时带动韦森堡直写模块摆动；
[0012]V型夹持器安装在工作台上，V型夹持器用于夹持并固定圆柱面基底；
[0013]X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、电动旋转台与运动控制器电连接，控制器用于读取四轴G代码并控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、电动旋转台运动，使韦森堡直写模块在圆柱面基底上进行曲面共行直写陶瓷薄膜敏感栅和焊点，在曲面共行直写过程中，韦森堡直写模块的原料喷出方向与曲面的法向方向重合。
[0014]作为优选，V型夹持器包括V型座、压块、导杆和压紧螺钉，导杆的一端固定在V型座上，压块与导杆套接，并通过压紧螺钉将压块固定在导杆上。
[0015]作为优选，韦森堡直写模块包括连接组件、旋转电机、联轴器、微针、储液腔、防松垫圈、储液腔盖、点胶针头、直流电源，连接组件包括连接板、电机固定板、储液腔固定板、第一紧定螺钉、第二紧定螺钉；
[0016]连接板固定电动旋转台上，电机固定板安装在连接板上侧，储液腔固定板安装在连接板下侧，旋转电机安装在电机固定板上，用于驱动微针旋转，联轴器的一端与旋转电机的输出轴套合，另一端与微针套合，并通过第一紧定螺钉、第二紧定螺钉分别与旋转电机的输出轴与微针固定连接，储液腔的上端部套设防松垫圈后与储液腔固定板螺纹连接，储液腔用于储存直写陶瓷薄膜敏感栅和焊点的原料，储液腔盖中心开设有容纳微针穿过的通孔，储液腔盖穿过微针后与储液腔螺纹连接，点胶针头固定在储液腔下端，微针穿设于点胶针头内，直流电源与旋转电机电连接，用于控制旋转电机的转速，使直写陶瓷薄膜敏感栅和焊点的原料沿点胶针头内的微针稳定流出。
[0017]作为优选，微针与点胶针头的出液端口平齐或伸入0～200μm。
[0018]一种圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器的制备方法，采用上述的圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器的制备装置，包括以下步骤：
[0019]S1，校正电动旋转台与V型夹持器的V型座，使韦森堡直写模块的点胶针头垂直于工作台，以及V型座的两侧面平行于Y轴滑轨；
[0020]S2，依次使用丙酮、酒精、去离子水超声清洗圆柱面基底，清洗后将圆柱面基底放置在V型座上，使用V型夹持器的压块压紧圆柱面基底并采用压紧螺钉固定，使圆柱面基底分别平行于V型座的两侧面和底面；
[0021]S3，将50wt％
‑
60wt％TiB2粉末加入到40wt％
‑
50wt％SiCN前驱体陶瓷溶液中形成直写陶瓷薄膜敏感栅和焊点的原料，常温下磁力搅拌1h后注入到韦森堡直写模块的储液腔内；
[0022]S4，移动点胶针头的出液端口至加工原点处，将加工原点设为机床坐标系原点，机床坐标系原点重设后与四轴G代码生成时依据的工件坐标系重合；
[0023]S5，将四轴G代码载入运动控制器，接通韦森堡直写模块的直流电源并给定合适的电压，使直写陶瓷薄膜敏感栅和焊点的原料稳定输送后执行四轴G代码，在圆柱面基底曲面共形直写陶瓷薄膜敏感栅；
[0024]S6，将陶瓷薄膜敏感栅在空气中进行预固化；
[0025]S7，将预固化后的陶瓷薄膜敏感栅放入管式炉后在空气氛围下进行烧结，以热解陶瓷薄膜敏感栅；
[0026]S8，在热解后的陶瓷薄膜敏感栅首末端分别点涂适量焊点，将引线分别固定到固定件的开槽上；
[0027]S9，将固定件的开槽侧粘接至焊点，将焊点在空气中进行预固化；
[0028]S10，将步骤S9得到的产品放入管式炉后在空气氛围下进行烧结以热解焊点。
[0029]一种圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器，采用上述的圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器的制备方法制备而成，包括圆柱面基底、陶瓷薄膜敏感栅、焊点、引线和固定件，陶瓷薄膜敏感栅和焊点通过韦森堡直写成型技术共形敷设于圆柱面基底上并经过热解陶瓷化制得，焊点设置在陶瓷薄膜敏感栅上，引线与焊点连接，并且固定件盖合于焊点上。
[0030]作为优选，圆柱面基底为耐温超过800℃且高温绝缘的圆柱类零部件，直写时加工原点设置在圆柱面基底的最高母线上。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
中任一项所述的圆柱面前驱体陶瓷薄膜温度传感器的制备装置，包括以下步骤：S1，校正所述电动旋转台与所述V型夹持器的V型座，使所述韦森堡直写模块的点胶针头垂直于所述工作台，以及所述V型座的两侧面平行于所述Y轴滑轨；S2，依次使用丙酮、酒精、去离子水超声清洗圆柱面基底，清洗后将所述圆柱面基底放置在所述V型座上，使用所述V型夹持器的压块压紧所述圆柱面基底并采用压紧螺钉固定，使圆柱面基底分别平行于所述V型座的两侧面和底面；S3，将50wt％
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60wt％TiB2粉末加入到40wt％
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50wt％SiCN前驱体陶瓷溶液中形成直写陶瓷薄膜敏感栅和焊点的原料，常温下磁力搅拌1h后注入到所述韦森堡直写模块的储液腔内；S4，移动所述点胶针头的出液端口至加工原点处，将所述加工原点设为机床坐标系原点，所述机床坐标系原点重设后与所述四轴G代码生成时依据的工件坐标系重合；S5，将所述四轴G代码载入所述运动控制器，接通所述韦森堡直写模块的直流电源并给定合适的电压，使所述直写陶瓷薄膜敏感栅和焊点的原料稳定输送后执行所述四轴G代码，在所述圆柱面基底曲面共形直写所述陶瓷薄膜敏感栅；S6，将所述陶瓷薄膜敏感栅在空气中进行预固化；S7，将预固化后的陶瓷薄膜敏感栅放入管式炉后在空气氛围下进行烧结，以热解陶瓷薄膜敏感栅；S8，在热解后的所述陶瓷薄膜敏感栅首末端分别点涂适量焊点，将引线分别固定到所述固定件的开...

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