一种低电阻温度系数刀柄用复合薄膜应变计的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低电阻温度系数刀柄用复合薄膜应变计的制备方法，本复合薄膜应变计包括不锈钢基底、NiCrAlY过渡层、溅射Al2O3绝缘层、Si3N4绝缘层、NiCr功能层、TaN功能层、Al2O3保护层、本发明专利技术采用Al2O3/Si3N4复合绝缘层，NiCr/TaN复合功能层具有降低Si3N4与不锈钢基底的应力与减少单一绝缘层择优取向生长导致的通孔从而增加绝缘层的绝缘性能，同时据研究表明单一氮化坦功能层具有负的电阻温度系数，而单一镍铬功能层具有正的电阻温度系数，因此将两者适量的复合就可以达到降低整体的电阻温度系数的效果，使电阻温度系数无限趋近于零，本薄膜应变计均采用磁控溅射方法，磁控溅射方法具有薄膜均匀致密、薄膜质量高稳定性好的优点，符合应变计稳定可靠的需求。符合应变计稳定可靠的需求。符合应变计稳定可靠的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种低电阻温度系数刀柄用复合薄膜应变计的制备方法


[0001]本专利技术涉及复合薄膜应变计的加工方法与工艺领域，特别是涉及于一种低电阻温度系数刀柄用复合薄膜应变计的制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，为了提高生产力满足人们日益增长对物质追求，智能制造是必然的发展趋势。在机械制造中以往对工件的车铣剥磨大都凭借师傅的经验与技术，很大程度限制了生产力难以保证所有产品的质量均一稳定。为了实现生产的自动化和智能化，为仪器加入应变传感器，可以试试检测工件的受力与运行情况，客观的反应工件与刀柄间的受力情况。薄膜是指某种材料在厚度上远小于其他二维，通常把厚度在1微米以下的称为薄膜。由于薄膜很薄且具有很明显的尺寸效应，因此薄膜具有了很多独特的性质。许许多多的领域薄膜都有着广泛的应用，涉及到光学材料如氮化硅薄膜、电学材料如氮化坦薄膜、磁学材料等等。随着集成化的发展趋势，小型化器件逐渐的成为主流，而薄膜非常适合小型化，正适合这个发展趋势。随着薄膜技术的发展制备工艺也越来越多样，薄膜的质量也越来越高，制备方式也越来越多样，包括了真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜、分子束外延以及化学气相沉积等。
[0003]薄膜应变计具有非常重要的作用，在很机械运动检测中都需要。应变计从最开始的丝应变计发展到后来的箔式应变计，再到现在的薄膜式应变计经过多年的发展，技术越来越成熟，相较于前两种应变计，薄膜应变计具有更小的厚渡，同时性能更加稳定，箔式应变计和丝式应变计都需要用胶水进行粘连，这样就存在应变传递的误差同时也不足够牢靠，随着时间的推移胶水也会老化影响粘连的效果从而降低应变计的测量精渡。而薄膜应变计通过溅射到对应的基底上，从而可以避免胶水粘连带来的不变。目前主流的薄膜应变计功能材料有镍铬合金、铅铬合金、氮化坦合金、钯铬合金等等。但复合应变材料的应变计却研究的非常少，具有很高的研究价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决单种应变敏感材料的电阻温度系数较大，造成测量结果误差大的问题，同时可以增加复合薄膜的附着力降低应力。本复合应变计通过磁控溅射完成，所制造的薄膜具有更高的粘附力，同时加入过渡层能够很大的降低薄膜的内应力。可以通过控制NiCr功能层(5)与TaN功能层(6)的比例来调控复合薄膜的应变敏感系数，最后通过惠斯通电桥将电压信号放大，通过整流电路整流分析处理就可以得到所受的应力。
[0005]本专利技术的技术解决措施如下：
[0006]一种低电阻温度系数刀柄用复合薄膜应变计，该复合薄膜应变计包括不锈钢基底(1)、NiCrAlY过渡层(2)、Al2O3绝缘层(3)、Si3N4绝缘层(4)、NiCr功能层(5)、TaN功能层(6)、Al2O3保护层(7)，纯铜导线(8)、导电银浆(9)，其中:
[0007]所述NiCrAlY过渡层(2)溅射于不锈钢基底(1)上，所述NiCr功能层(5)与TaN功能
层(6)可有两种排布方式。方式一(如图1)，NiCr功能层(5)与TaN功能层(6)分属两层，通过控制两层厚渡比例调节电阻温度系数，方式二(如图2)，NiCr功能层(5)与TaN功能层(6)同属一层薄膜，同一应变栅左侧为NiCr功能层(5)右侧为TaN功能层(6)，通过控制两者面积占比调节电阻温度系数。
[0008]作为优选，应变计功能层NiCr功能层(5)与TaN功能层(6)处于Al2O3绝缘层(3)与Al2O3保护层(7)中。
[0009]作为优选，在溅射前需用丙酮、酒精、去离子水进行清洗，溅射好NiCrAlY过渡层(2)后需对过渡层进行高温热氧化处理，在热析出的Al2O3薄层上再溅射Al2O3绝缘层(3)，在Al2O3绝缘层(3)上再溅射氮化硅绝缘层，为了保护功能层不受水蒸气以及一些其他杂质气体的影响再在氮化硅绝缘层的基础上溅射一层Al2O3保护层(7)。
[0010]一种低电阻温度系数刀柄用复合薄膜应变计的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：不锈钢基底清洗，首先对表面打磨好的单镜面不锈钢镜面用丙酮清洗去除油污杂质，在分别用无水乙醇和去离子水对不锈钢基底进行清洗，清洗时可以放入超声清洗器中清洗，清洗时间为5～10min,洗净后用氮气吹干。
[0012]步骤2：复合绝缘层的制备，在清洗好的不锈钢基底上分别溅射NiCrAlY过渡层(2)、Al2O3绝缘层(3)、Si3N4绝缘层(4)。
[0013]步骤3：复合功能层的制备，在溅射好Al2O3与Si3N4复合绝缘层后，将NiCr功能层(5)与TaN功能层(6)溅射在复合绝缘层上。
[0014]步骤4：电极的制备，在步骤3的基础上用导电银浆(9)把纯铜导线(8)固定在焊接盘上，并放置24h进行固化风干处理。
[0015]步骤5：保护层的制备：在步骤4的基础上将风干处理的样品进行Al2O3保护层(7)的溅射。
[0016]作为优选，步骤2中NiCrAlY过渡层(2)、Al2O3绝缘层(3)、Si3N4绝缘层(4)均采用磁控溅射方法，对NiCrAlY过渡层(2)设置工作气体氩气气体流量为18sccm，对Al2O3绝缘层(3)和Al2O3保护层(7)，设置氧气和氩气气体流量比为2:25，基底温度为100℃，Al2O3绝缘层(3)厚渡为1～2μm，Al2O3保护层(7)厚渡为2μm。
[0017]作为优选，步骤2中，Si3N4绝缘层(4)的溅射是氮氩为9N：18Ar，功率为60W，厚渡为2μm，溅射完成之后需随机器腔体冷却静置6h。
[0018]作为优选，步骤3中NiCr功能层(5)与TaN功能层(6)的厚渡为0.5～1μm。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020]1.本专利技术充分利用NiCr功能层(5)电阻温度系数为83ppm/℃，TaN功能层(6)的电阻温度系数为
‑
93ppm/℃的特性使两者通过上下两层并联或两者串联的方式相结合以降低整体的电阻温度系数。
[0021]2.本专利技术采用NiCrAlY过渡层(2)、Al2O3绝缘层(3)、Si3N4绝缘层(4)的复合绝缘层的搭配可以有效的降低复合绝缘层的应力，同时可以避免单层绝缘层出现针孔出现漏电流，可以有效提高绝缘层的绝缘特性与高温绝缘性能。
[0022]本专利技术采用磁控溅射沉积应变层与绝缘层，所制得的薄膜致密性较好，中低温环境工作下性能稳定。同时在溅射Al2O3绝缘层(3)、Si3N4绝缘层(4)时采用射频磁控溅射可以有效的避免靶中毒，从而提高薄膜沉积质量与降低成本。
附图说明
[0023]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，下面对实施例或现有技术描述所使用的附图做简单的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术方案一主视图。
[0025]图2为本专利技术方案二主视图。
[0026]图3为本专利技术方案二俯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低电阻温度系数刀柄用复合薄膜应变计，其特征在于：该复合薄膜应变计包括不锈钢基底(1)、NiCrAlY过渡层(2)、Al2O3绝缘层(3)、Si3N4绝缘层(4)、NiCr功能层(5)、TaN功能层(6)、Al2O3保护层(7)，纯铜导线(8)、导电银浆(9)，其中：所述NiCrAlY过渡层(2)沉积在不锈钢基底(1)表面，在沉积Al2O3绝缘层(3)之前需对NiCrAlY过渡层(2)进行热氧化处理使析出热氧化Al2O3薄层，NiCr功能层(5)溅射于Al2O3绝缘层(3)上，TaN功能层(6)溅射于NiCr功能层(5)上。2.根据权利要求1所述的基于磁控溅射的复合薄膜应变计，其特征在于：在不锈钢基底与Al2O3绝缘层(3)之间采用NiCrAlY过渡层(2)降低复合膜的应力，溅射过渡层后需对工件进行不低于1000℃的2h的高温热氧化处理，同时升温降温速率不高于5℃/min。3.根据权利要求1所述的基于磁控溅射的复合薄膜应变计，其特征在于：Si3N4绝缘层(4)的溅射氮氩比为9N：18Ar，功率为60W，厚渡为2μm，溅射完成之后需随机器腔体冷却静置6h。4.根据权利要求1所述的基于磁控溅射的复合薄膜应变计，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成韬，蒲一帆，周宇欣，张越，雷奕，许美琪，赏祎靖，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：