一种以中子辐照的碳化硅晶体为传感器的测温方法技术

一种以中子辐照的碳化硅晶体为传感器的测温方法。包括：选用多量、小块、同一批次的、掺氮的６Ｈ－ＳｉＣ晶体作为测温晶体，进行中子辐照后，分别进行不同温度Ｔ的退火处理，再分别测试退火后各测温晶体的Ｘ－光衍射峰的半高宽Ｆ，以Ｆ为纵坐标，以Ｔ为横坐标，绘制出Ｆ－Ｔ标准曲线；将上步经中子辐照的测温晶体埋设于待测物件的表层或表面，并随含待测物件的工作系统进行高温运转，然后取出测温晶体并测试其半高宽，通过对比Ｆ－Ｔ标准曲线，找出与该半高宽值相对应的温度值，该温度即为待测物件的最高工作温度。该方法具有明显的非侵入式特征，不需现场判读，可用于１２００℃以上的高温工作系统的温度测试，且测试精度高、操作简便。

【技术实现步骤摘要】
一种以中，照的碳化硅晶体为传,的测M^fe^领域本专利技术属于测量测^^领域，特别涉及一种以中賴照后的碳化硅晶体为传 繊的须歐法。背景fe^现f^f，，国防事M:,的M^设备m等，对于高温、特别 "闭工 作系统的高温的测试，提出了不^A热电偶、形千^W线传繊的剕fA^ (non-inlrusively)测 试的需求。世^&5feai4k国家，在剕1A^高温测量技术方面，相mSA了很大的人力和物力，并已取得了^:的进展。从现有已公开的: ^看，目前国际、国内对刊爐(500 8(xrc)、中温(800 120CrC)的须赋，^S^M舰。对于不舰1200'C盼^S测试，細在被测零部件(如涡轮机叶片)上涂敷禾温漆'是现行6^;成熟而简易的方法1]。对預闭工作系统的高温测试，也有利用繊射原理、以高鄉^^料为^M介质、^ws端的光学系统接魏信号以显 示皿的光学方法2]。 iti^卜，M"利用中子衍射TO测量被测零部件(如涡轮ini^)在高温下的热膨胀以获取^S信息的中子衍新炉。以J^M的各种剩tA^测M^法，或因材料本身 的限制(如示温漆)，或因需作i!^测试而导致测縣统的庞大和鋭(如光学方法和中子衍針法)，对于i2oo'c以上的高温测试，戯能为九或操作困难，且精iS^。关于B曰掘!l^S相规究的娜，国内外并不多见。1998年，日本人T.Yano (鄉)等旭告了对中，照的y -sic晶体(一种立方晶系的sic晶体，又縱c-sic晶体)进行的晶格常数M火Mjg^化规律的研对4]，此后，2003年，A^Volinsky等曾报告了以中邻照的3C-SiC晶体为传感 器的测M^磁5]。雌方法的缺陷跡顿的碳化硅晶体为*^^的高離晶体，致〗妙在使用时倉辦ia^ag信息而需事條受的中賴照的剂量(与总通量同，以下同)特大，其总通量(flux，蹄的 中也写作fluence)需达1.0xl0"/cm2以上[4，此种剂觀求的中賴照目ltPS 中国国内几乎不能实现。迄今，在中国国内，尚未见有fiM非^A^的晶，ij温的公开报告或专 利。M003辆月开始，中織团公司沈阳发动机设计W^f两 :fca项魏天軟学开展了有关非 侵A^晶糊醞的研究，其研^^尚未作公开。
技术实现思路
本专利技术目的是划艮现有^^雜的Jd^不足，微一种以中賴照的碳化硅晶 体为传離 法。研竊^^，中预照后的6H-SiC晶体，其X-光衍,的半高宽^ii火mM^舰律变化， 可作为一WS传感駄，鹏于1200'C以上的封闭工作系统的零部件鹏的测试，本专利技术由此 产生。本专利技术方mm織的6H-sic晶体为领醞晶体，M:—定剂量的中賴照，使晶体内部产生 icM^陷。jiW缺陷在高温T^r被回复，回复的離^^预火ffi，并可被x-光衍l^t测。将此种,中，照的碳化硅晶体的小片 粒埋设在被测物件的表层^面，当被测物件fe^J— 定温度时，测温晶体i^lj了同ra度，微曰曰0#的辐照损爐该 下得到了一定程度的回复。利用X-光衍射为检测手段，测试该晶体的(006)面的X-光衍射峰的半高宽，对比事先标定好了 的F-T标准曲线，即可得知待测物件的当时最高温度。本专利技术呢悉的以中，照的碳化硅晶体为传自的测&^法的步骤包括 第一、細某同一批次^E的6H-SiC晶体作为观醞晶体，并加I^小块、^M薄片的 微，其尺寸较小，以便于埋设、剥离、测础^^坏被测物件及其工，扰态为原则。第二对上iKiffl的观醞晶体进行中賴照，辐照驢不高于iotrc，辐照的总通量不f肝1017/cm2;第三、魏!l F-T标准曲线，将第二^i中賴照的测温晶体分别进行不同鹏的退火舰， 同时i3^ii火鹏T，然后分别测^M她鹏的各测温晶体的(006)面的X-光衍,的半高 宽F (Full Wi她at Half Maximum,简称FWHM，以F代表；使用X-光衍射仪的20扫皿式，或 ^ffl高，X-光衍射仪的co扫ffi^r^测得，以下同)，以F为^^标，以T为横坐标，織咄该 批次观媪晶体的F随T变化的曲线，该曲线称作F-T标准曲线，参见图2;由图2可见，在高温 (高于700。C)区段，F与T^4絲。第四、将第二^31中賴照的同一批次测温晶糊设于待测劍牛的表层驗面，并随辦 测槲牛的工作系^iS行高^i转，Jftil程可视为对测温晶体的一次高温退火；第五、取出第四^i随含有待测物件的工作系^a行高鹏转后的测温B曰B体，并测试该测温晶体的(006)面的X-光衍,的半高宽，Mm比第三^f啲F-T标准曲线，找出与该半高 宽值相对应盼皿值，该ffi即为待测物件的最高工fmg。本专利技术的优点和积极鄉1.本专利技术提供了一种以中，照的碳化硅晶体为传感器的晶糊lffi^法。该方法具有明显的 非侵A^测餓征，稀坏(舰微创)被测温槲牛，不翻鹏架设做测難备，娜預虹作系统，且测離鹏，操作简便。2. 由于御呔中賴照的布遣之后，f-t曲^^升高，^aih在更高ems处，本专利技术皿的晶糊UM^r法可iSffl，闭工作系统的高温零部件(12(xrc以上)盼M测试。3. 本专利技术^^E的6H-SiC为测、温晶体，所需B曰B体及相^^中所使用的设沲，均可在国 内获得解决，是一项完全国产化6^。4. 本专利技术臓糊一^A^晶糊醞^^用^r泛，s^的封闭工作系统，例如飞机、船舶、汽车、to等设备m中含有涡轮机、内^l的工作系统的高温测m:， W^的細前景。附图说明图1 ^*^中 照的测温晶体；图2驗小剂量(总驢为5.74x1018/0112)中賴照的测温^^的F-T标准曲线； 图3驗中布遣(总驢为1.72xl0 cm2)中賴照的测温B曰H^的F-T标准曲线； 图4是原始样品的位错(x200); 图5是辐照后^ii火样品的位错(x200); 图6是辐照后经1200。C退火样品的位错(x200); 图7是辐照后的测温晶條86(TC下^M火的XRD谱； 图8是^i!lK^使用的F-T曲线(曲线舍去了水TO分，只保留了线性部分)。 图9是离心负^^的^^fi。表l是晶糊媪的鹏^iJ:《顿图6际的F-T标准曲线，样品的实PI^为1209'C。具鹏施力式本专利技术所悉的以中，照后的碳化硅晶体为传自的测^r法的步骤如下1. 测温晶体的,細市繊售的織的6H-SiC晶体(因生长方法或妒厂家的不同，其室温下电阻率大小不等，夕M腿淡雜，参见图i)作为测温晶体，并加工成小块、薄片^l立的微，其尺寸较小， 以便于埋设、剥离、测皿^^坏^MtK牛及其工作^t态为原则。2. 中雅照細混合场诚，对上imffi的测温晶体进行中预照，辐照驢不高于100'C，辐照的总通 量不{肝1017/0112 (依織浓度的不同，所需的中賴照的布J^PF相同)。3. ^UF-T标准曲线将上^l中T^照的同一批次测温晶体分别进行不同，的退^hS，同时记皿火Mt T，然后分别测^i^fcajg的各测温晶体的(006)面的X-光衍射峰的半高宽F，以F为, 标，以T为横坐标，織咄F随T变化的曲线，该曲鄉作F-T标准曲线，参见图2;由图2可 见，在高温(高于700。C)区段，F与T戯性絲。当0f^的掺氮的6H"SiC晶体fim次不同(包括^厂家、生长方式、；^^^^质的种 类和浓度的不同磐)以及中賴照的剂量不同时，得到的F-T标准曲齢有所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以中子辐照的碳化硅晶体为传感器的测温方法，其特征在于该方法包括以下步骤：　第一、将选用的碳化硅晶体加工成便于埋设在待测物件的表层或表面的形状，作为测温晶体；　第二、对上步测温晶体进行中子辐照，辐照温度不高于１００℃，辐照的总通量不低于１０↑［１７］／ｃｍ↑［２］；　第三、绘制Ｆ－Ｔ标准曲线，将第二步经过中子辐照的测温晶体分别进行不同温度的退火处理，同时记录退火温度Ｔ，然后分别测试经退火处理后的各测温晶体Ｘ－光衍射峰的半高宽Ｆ，以Ｆ为纵坐标，以Ｔ为横坐标，绘制出Ｆ随Ｔ变化的曲线，该曲线称作Ｆ－Ｔ标准曲线；　第四、将第二步经过中子辐照的同一批次测温晶体埋设于待测物件的表层或表面，并随含待测物件的工作系统进行高温运转，此过程可视为对测温晶体的一次高温退火；　第五、取出第四步经过随含有待测物件的工作系统进行高温运转后的测温晶体，并测试该测温晶体的Ｘ－光衍射峰的半高宽，通过对比第三步绘制的Ｆ－Ｔ标准曲线，找出与该半高宽值相对应的温度值，则该温度即为待测物件的最高工作温度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮永丰，张兴，马鹏飞，薛秀生，李文润，张玉新，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所，天津大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]