【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热电偶制造，具体涉及一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法。
技术介绍
1、随着航空工业的不断进步和发展，对航空工业核心设备的发动机的性能要求越来越高，这就要求航空发动机能在极端环境下长期稳定工作。在航空发动机的各部件中，高压涡轮同时承受高温、高压与高载荷，是单位寿命最短和制造、维护成本最高的部件之一。为提升涡轮服役寿命，并延长维护周期，科学有效的冷却设计必不可少，而优异的冷却设计必须以高可信度的物理场(尤其是温度场)测量为基础。高温涡轮部件的测量分为两种：接触式和非接触式。非接触式利用被测部件发出的辐射信号进行测量，其精度较低，且难以应用于涡轮这类旋转部件；接触式测量是指通过改变材料特性或热电效应测量，将温度传感装置安装在元件表面或集成在元件中，典型方法包括晶体法、温度涂料法和热电偶法。其中，热电偶法凭借其连续的高精度信号输出，是目前实际应用最广泛的涡轮部件测温技术。
2、相比于常见的铠装热电偶，近些年快速发展的薄膜热电偶在涡轮部件测温领域具有显著的优势。一方面，薄膜热电偶的厚度一般只有微米量级，减小了热电偶对实际流场与温度场的干扰，测试结果更加接近实际温度；另一方面，薄膜热电偶可以在涡轮叶片上原位制造，避免了叶片上填埋槽的制造，显著降低了测试成本。
3、为产生显著的珀尔帖电势和汤普逊电势，现阶段研究人员进行了大量耐温金属、半导体材料两两组合构建薄膜热电偶的尝试，如铂铑-铂、ito-铂、ito-in2o3等。两种材料的分批制造一方面增加了工序复杂度与成本，且难以实现高良品率下的复杂构型
技术实现思路
1、为解决以上问题，本专利技术提供一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法。本专利技术通过改变各支路的烧结程度，控制各支路上的载流子浓度差异，进而产生珀尔帖电势，从而实现不同塞贝克系数同质热电偶的制造。
2、本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，主要包括以下步骤：
4、步骤一、in2o3纳米微粒墨水制备；
5、步骤二、in2o3线路喷墨打印；
6、步骤三、in2o3线路热烧结/激光烧结；
7、(1)烧结态线路制造；
8、将喷墨打印好in2o3线路的基板置于可控温的管式炉内，并设置烧结温度为380-420℃，烧结20-30分钟，制造烧结态线路；
9、(2)弱熔融态线路制造；
10、将喷墨打印好in2o3线路的基板置于可控温的加热台上，并设置加热温度为190-210℃，调整nd-yag激光器光斑直径为0.3-0.35mm，设置激光扫描路径，调整激光功率为10-12w，扫描速度为450-550mm/s，扫描线间距为0.004-0.005mm，进行单次激光烧结，获得弱熔融态线路；
11、(3)强熔融态线路制造；
12、将喷墨打印好in2o3线路的基板置于可控温的加热台上，并设置加热温度为350-400℃，调整nd-yag激光器光斑直径为0.3-0.35mm，设置激光扫描路径，调整激光功率为20-24w，扫描速度为450-550mm/s，扫描线间距为0.004-0.005mm，进行单次激光烧结，获得强熔融态线路；
13、步骤四、制造不同塞贝克系数的同质热电偶；
14、将步骤三中获得的烧结态线路、弱熔融态线路和强熔融态线路进行组合，制造不同塞贝克系数的同质热电偶。
15、进一步的，步骤一的具体操作过程如下：
16、将in2o3纳米微粒分散至有机溶剂中，配置成质量分数为8-10％的墨水；将墨水在120-200w的功率下超声分散2-4小时，用0.45μm的ptfe材质滤膜过滤，获得in2o3纳米微粒墨水。
17、进一步的，所述有机溶剂为乙二醇与异丙醇的混合溶液，所述乙二醇与异丙醇的质量比为0.8-1。
18、进一步的，步骤二的具体操作过程如下：
19、先将al2o3陶瓷基板清洗干净，再用异丙醇、乙醇和超纯水依次处理后进行干燥；在适当的波形下获得in2o3纳米微粒墨水的稳定液滴；将al2o3陶瓷基板置于可控温的加热台，控制al2o3陶瓷基底的温度为155-165℃，设置打印参数和打印图案后开始打印。
20、进一步的，所述波形为：正压60-70v，负压70-80v，基准电压0-5v，正压上升时间5-8ms，正压持续时间30-40ms，正压下降时间10-20ms，负压持续时间40-50ms，负压上升时间5-8ms。
21、进一步的，所述打印参数为：横向打印点间距0.03-0.04mm，纵向打印点间距0.04-0.05mm，打印速率15-17mm/s。
22、进一步的，步骤三中，所述激光扫描路径为之字形模式。
23、进一步的，步骤四中，所述不同塞贝克系数的同质热电偶为：烧结态in2o3-弱熔融态in2o3同质热电偶、烧结态in2o3-强熔融态in2o3同质热电偶和弱熔融态in2o3-强熔融态in2o3同质热电偶。
24、本专利技术的有益效果是：
25、1、本专利技术基于热烧结和激光烧结可制造不同烧结/熔融程度半导体材料支路，实现对热电偶塞贝克系数的调控。
26、2、本专利技术通过同质热电偶思想，将传统双原料-共烧结的薄膜热电偶制造思路优化为单原料-选择性烧结的制造思路，简化了原料沉积工艺，可实现更为复杂构型的多节点同质热电偶制造，且避免了节点处由组分和厚度变化导致的应力累计，可提升同质薄膜热电偶输出的重复性与稳定性。
27、3、本专利技术在优选工艺参数下制造的in2o3同质热电偶最高塞贝克系数可达84.2μv/k，与异质薄膜半导体热电偶相近，是铂铑-铂贵金属热电偶的近10倍。因此本专利技术的方法不仅极大地简化了制造工艺流程，且在优选的工艺参数下可达到极高的塞贝克系数，具有广泛的工业应用场景。
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1.一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，步骤一的具体操作过程如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇与异丙醇的混合溶液，所述乙二醇与异丙醇的质量比为0.8-1。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，步骤二的具体操作过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，所述波形为：正压60-70V，负压70-80V，基准电压0-5V，正压上升时间5-8ms，正压持续时间30-40ms，正压下降时间10-20ms，负压持续时间40-50ms，负压上升时间5-8ms。
6.根据权利要求4所述的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，所述打印参数为：横向打印点间距0.03-0.04mm，纵向打印点间距0.04-0.05mm，打印速率15-17mm/s。
7.根据权利要求1所述的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，步骤三中，所述激光扫描路径为之字形模式。
8.根据权利要求1所述的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，步骤四中，所述不同塞贝克系数的同质热电偶为：烧结态In2O3-弱熔融态In2O3同质热电偶、烧结态In2O3-强熔融态In2O3同质热电偶和弱熔融态In2O3-强熔融态In2O3同质热电偶。
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，步骤一的具体操作过程如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇与异丙醇的混合溶液，所述乙二醇与异丙醇的质量比为0.8-1。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，步骤二的具体操作过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于激光熔融半导体制造同质热电偶的方法，其特征在于，所述波形为：正压60-70v，负压70-80v，基准电压0-5v，正压上升时间5-8ms，正压持续时间30-40ms，正压下...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱璐，陈翔宇，朱剑琴，陶智，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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