本文關(guān)鍵詞：PdCr高溫薄膜應(yīng)變計(jì)的研制

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【摘要】：航空渦輪發(fā)動機(jī)渦輪葉片在工作時(shí),由于燃料的劇烈燃燒和葉片的快速轉(zhuǎn)動,將受到高溫、強(qiáng)振動、熱應(yīng)力、高離心力等綜合作用。渦輪葉片在這樣惡劣的環(huán)境中長時(shí)間工作,容易產(chǎn)生損傷,致使整個(gè)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障。因此,對渦輪葉片的健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測對于航空渦輪發(fā)動機(jī)的研究具有重要的意義。本文采用薄膜沉積技術(shù)將應(yīng)變計(jì)直接沉積到渦輪葉片表面,形成功能/結(jié)構(gòu)一體化的薄膜應(yīng)變計(jì)。這種薄膜應(yīng)變計(jì)厚度在微米量級,不對葉片本身造成破壞,具有響應(yīng)速度快,不影響葉片流體特性,靈敏度高、重復(fù)性好及耐高溫、高壓、氣流沖刷等優(yōu)點(diǎn)。本文中,首先采用射頻磁控濺射在Al2O3基片上制備PdCr應(yīng)變敏感薄膜材料,研究了濺射溫度、真空熱處理等工藝參數(shù)對PdCr薄膜微結(jié)構(gòu)和薄膜應(yīng)變特性及電學(xué)性能的影響。研究得到PdCr薄膜的優(yōu)化工藝為:濺射功率為150 W、基片溫度為400℃、沉積時(shí)間為60 min、薄膜厚度為1μm、Ar流量為35 sccm、濺射氣壓為0.5 Pa,原位退火溫度為400℃,時(shí)間為30 min,后真空熱處理溫度為800℃、保溫時(shí)間為12 h。該工藝條件下制備的PdCr薄膜的電阻溫度系數(shù)(TCR)為202ppm/℃,應(yīng)變靈敏系數(shù)(GF)為1.87。其次,對鎳基合金基底上制備可靠的高溫絕緣層結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn),具有晶態(tài)YSZ/非晶態(tài)YSZ/非晶態(tài)Al2O3結(jié)構(gòu)的絕緣層具有良好的高溫絕緣性能。在室溫下,該種復(fù)合薄膜絕緣層絕緣電阻大于1.2 G?,在800℃高溫下,絕緣電阻達(dá)150 K?,可以滿足制備高溫應(yīng)變計(jì)絕緣性能的要求。最后,研究了在鎳基高溫合金表面制備結(jié)構(gòu)/功能一體化的PdCr高溫薄膜應(yīng)變計(jì)。為增加應(yīng)變計(jì)功能層與金屬基底之間的附著強(qiáng)度并實(shí)現(xiàn)兩者之間的電絕緣,在鎳基高溫合金表面依次制備了NiCrAlY-富Al-Al2O3漸變過渡層、YSZ/Al2O3絕緣層,然后再制備Pd Cr薄膜功能層,并制備Al2O3/ZrO2保護(hù)層增強(qiáng)功能層的穩(wěn)定性及抗氧化能力。制備得到了多層薄膜結(jié)構(gòu)/功能一體化的PdCr高溫薄膜應(yīng)變計(jì),并進(jìn)行不同溫度下的應(yīng)變靈敏系數(shù)的標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)測得,室溫到800℃高溫下,PdCr高溫薄膜應(yīng)變計(jì)的GF均為2.1左右,熱輸出約為100με/℃。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH823.3

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本文編號：1247081