一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅制造技术

一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅，包括裸光纤、复合材料梯度过渡层、保护层，所述裸光纤为超弱光纤光栅，包括纤芯和包层；材料为石英；所述复合材料梯度过渡层为镍

【技术实现步骤摘要】
一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅


[0001]本技术涉及一种超弱光纤光栅，具体涉及一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅。

技术介绍

[0002]超弱光纤光栅因其反射率低于0.01%而在分布式光纤传感领域有极大的应用前景。普通超弱光纤光栅的结构包括纤芯、包层和涂覆层。纤芯和包层主要为石英，涂覆层多为聚酰亚胺或丙烯酸树脂等高分子材料。当温度达到300℃以上时，涂覆层材料高温下老化失效，超弱光纤光栅无法正常工作。这就限制了超弱光纤光栅在航空航天、石油化工中的超高温环境下的应用。
[0003]为了解决上述问题，国内外多种研究者尝试调整光纤外层涂覆层材料，例如耐热硅胶图层，最高使用温度可达到200℃；聚酰亚胺涂层，最高使用温度可达400℃；金属涂层，使用温度可高于500℃。但是金属涂层与石英光纤材料的热膨胀效率等性能的差异，导致其涂层结合力不强，极易脱落，无法在工程中应用。
[0004]中国专利“具有梯度结构涂覆层的耐高温光纤”（申请号：201810044940.9）以磁控溅射为基础手段，在光纤包层外层涂覆Cr、Nb和Ni作为梯度材料，可使该光纤在1000℃下工作，但磁控溅射法要求真空环境，设备昂贵，无法产业化生产。中国专利“一种微型耐高温光纤光栅应用传感器”（申请号：201720648220.4）通过将光纤光栅封装在有耐高温材料聚四氟乙烯的金属管中，以此实现对光纤光栅的保护，该传感器可使用温度可达到150℃。中国专利“一种耐高温型光纤光缆”（申请号：202210221455.0）在光纤外层设置多个绝缘外层，绝缘外层可在降低温度对光纤的伤害，有效降低缓冲内层和光纤本体受到高温软化损坏的可能性。
[0005]以上专利通过在高分子涂覆层外层添加耐高温材料来保护其光纤，但高分子涂覆层材料的本质特性决定了其使用温度无法超过500℃。

技术实现思路

[0006]针对现有超弱光纤光栅的金属涂层技术中存在的问题，本技术提供一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅，其梯度材料结构依次为石英、石墨、铬和镍层等耐高温材料，其热膨胀系数逐渐增加，梯度排列以确保在高温下涂层不会开裂失效，可在超高温环境下使用，拓宽了超弱光纤光栅的应用领域。
[0007]本技术采取的技术方案为：一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅，包括裸光纤、复合材料梯度过渡层、保护层，
[0008]所述裸光纤为超弱光纤光栅，包括纤芯和包层；材料为石英；
[0009]所述复合材料梯度过渡层为镍
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磷
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铬
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石墨层；
[0010]所述保护层为金属镍层。
[0011]所述复合材料梯度过渡层为化学镀法制备的镍
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磷
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铬
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石墨层，其厚度为20
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80nm。
[0012]所述保护层为化学镀镍法制备的金属镍层，其厚度为100
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220um。
[0013]所述复合材料梯度过渡层为多过渡层单元结构，各过渡层单元中铬和石墨的比例呈梯度排列。
[0014]所述复合材料梯度过渡层由内至外包括第一过渡层单元、第二过渡层单元、第三过渡层单元，各过渡层单元中均含有镍
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磷
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铬
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石墨,它们石墨和铬的质量比分别为8:2、6:4、4:6。
[0015]具体是：各层中均含有化学镀法制备的镍
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磷
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铬
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石墨，各层中铬和石墨的比例呈梯度排列。在保持镍
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磷浓度不变的前提下，将石墨和铬的浓度视为一个整体100%，则第一层过渡层2.1中石墨含量为80%，第二过渡层单元2.2中石墨含量为60%，第三过渡层单元2.3中石墨含量为40%，石墨含量呈现梯度下降；与此相对应的是铬的含量呈梯度上升。
[0016]该超弱光纤光栅中，石英层、以及镍
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磷
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铬
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石墨层中的过渡层单元热膨胀系数逐渐增加。石英是光纤纤芯和包层的材料，此处描述的是光纤金属化后的整体结构。
[0017]本技术一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅，技术效果如下：
[0018]1）本技术一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅，其梯度材料结构依次为石英、石墨、铬和镍层等耐高温材料，可在超高温下（1000℃）使用，拓宽了超弱光纤光栅的使用领域。
[0019]2）本技术一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅中，材料石英、石墨、铬和镍层的热膨胀系数逐渐增加，梯度排列以确保在高温下涂层不会开裂失效。
[0020]3）本技术一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅中，最外层镍层可支持金属焊接，为超弱光纤光栅在实际使用中的焊接固定提供了良好的材料基础。
附图说明
[0021]图1为本技术超弱光纤光栅结构示意图。
[0022]图2为本技术超弱光纤光栅的复合材料梯度过渡层结构示意图。
具体实施方式
[0023]实施例：
[0024]一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅，包括裸光纤1、复合材料梯度过渡层2和保护层3。
[0025]所述裸光纤1为超弱光纤光栅，包括纤芯和包层，材料为石英。
[0026]所述复合材料梯度过渡层2为化学镀法镀得的镍
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磷
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铬
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石墨层。
[0027]所述保护层3为金属镍层，金属镍层可支持金属焊接，为超弱光纤光栅在实际使用中的焊接固定提供了良好的材料基础。
[0028]本技术提出的一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅，材料为石英、石墨、铬和镍层等耐高温材料，可在超高温下（1000℃）使用，石英、石墨、铬和镍层的热膨胀系数逐渐增加，梯度排列以确保在高温下涂层不会开裂失效，拓宽了超弱光纤光栅的使用领域。
[0029]具体制作方法如下：
[0030]对拉丝塔中拉制的石英光纤进行预处理，该石英光纤表面并为涂覆保护层，仅有纤芯和包层。将该石英光纤依次置于丙酮、酒精和去离子水中依次清洗后，置于氯化锡和盐酸混合液中敏化，其中:氯化锡，10g/L;盐酸40mL/L，使其易于与化学镀液结合。再将其置于氯化钯溶液中活化，为化学镀层提供催化中心。
[0031]如图2所示，复合材料梯度过渡层2为化学镀法制备。化学镀液的基础配方可为：石墨、硫酸镍、三氯化铬,次磷酸氢钠,氟化钠,柠檬酸,醋酸钠,稳定剂，pH为4
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5、温度80℃，化学镀时间可为10min。可通过调整化学镀时间来调整其镀层厚度。调整石墨和三氯化铬的含量来调整梯度层中各材料配比。石墨和铬的质量比可为8:2、6:4和4:6。
[0032]保护层3为化学镀镍法制备。化学镀液的基础配方可为：硫酸镍、次磷酸氢钠，丙酸，硼酸，pH为4
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5，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度材料金属化的耐高温超弱光纤光栅，其特征在于：包括裸光纤（1）、复合材料梯度过渡层（2）、保护层（3），所述裸光纤（1）为超弱光纤光栅，包括纤芯和包层；所述复合材料梯度过渡层（2）为镍
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磷
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铬
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石墨层；所述复合材料梯度过渡层（2）由内至外包括第一过渡层单元（2.1）、第二过渡层单元（2.2）、第三过渡层单元（2.3）；所述保护层（3）为金属镍层。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗志会，徐冰，黄江楼，杨雄波，谭超，郑胜，蔡德所，
申请(专利权)人：宜昌睿传光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：