[发明专利]氧化锆单晶光纤及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及氧化锆单晶光纤及其制备方法与应用。该晶体分子式为ZrO₂，ZrO₂单晶光纤是拥有极大纵横比的纤维状ZrO₂单晶，兼具ZrO₂单晶ZrO₂多晶纤维的优点。直径范围：0.5‑1mm，长度15cm。本发明采用激光加热基座法(LHPG)生长ZrO₂单晶光纤。其熔点高达2715℃，与现有技术相比，本发明氧化锆单晶光纤具有高热导率、高硬度、高强度、高韧性、极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等优良的物化性能，可用作制备新型的高温传感器。

技术领域

本发明涉及一种新型单晶光纤及其制备方法与应用，特别涉及氧化锆单晶光纤及其制备方法与应用，属于晶体与器件技术领域。

背景技术

高温传感器主要应用于航空航天、兵器制造、核工业、冶金、化工、热处理等众多领域，可以测量上千度的高温。目前，国内外接触式高温测试普遍采用高温热电偶和钨铼热电偶，基本满足中低温领域的需求。然而随着研究技术的不断深入，需要对燃烧室温度进行测量，特别是一些特殊的燃烧场，如火箭及导弹燃气射流温度，超燃冲压发动机燃烧室温度，爆压与爆轰温度等等。传统的测温方法已不能满足要求，需要采用高温单晶光纤。

目前常用的高温单晶光纤主要有Tm:YAG、Al₂O₃。其中Tm:YAG为荧光寿命型的光纤传感器，可以进行1200℃左右的温度测量，但在高温下的荧光效率很低而无法测温。蓝宝石晶体光纤是黑体腔型的光纤传感器，不受荧光效率的限制，可以进行高温测量，但受其熔点(2050℃)的限制，无法进行更高的温度测量。

中国专利文件CN102212874A(申请号201110139624.8)公开了一种蓝宝石锥形光纤的制备方法。它使用激光加热基座法生长装置,先在横截面为圆形的蓝宝石晶体源棒顶端熔化形成稳定熔区,再将蓝宝石光纤籽晶点入到蓝宝石晶体源棒顶端熔区形成蓝宝石光纤生长熔区；接着将蓝宝石光纤籽晶向上提拉,同时将蓝宝石晶体源棒向上馈送,直至稳定生长形成蓝宝石锥形光纤的粗端。在保持蓝宝石晶体源棒馈送速度Vs不变的条件下,改变蓝宝石光纤籽晶的提拉速度,直至形成蓝宝石锥形光纤的细端,由此在蓝宝石光纤的粗端与细端之间形成蓝宝石光纤锥形区。当生长出的蓝宝石光纤达到所需长度后结束蓝宝石锥形光纤生长,对蓝宝石锥形光纤两端进行切割、抛光得到蓝宝石锥形光纤。但是蓝宝石晶体光纤由于其熔点(2050℃)限制，无法进行2000℃以上的高温测量。

超高温瞬态测试技术在核反应堆堆芯、航空发动机、高超音速飞行器、航天飞船鼻锥等领域具有重大的应用价值，这些测试领域通常需要在极高温(2300-2500℃)、高氧化性、高腐蚀性、强电磁干扰、强辐射等恶劣环境中工作，而传统的贵金属接触式测温和红外的非接触式测温已不能满足超高温瞬态测温的要求，这就需要测温材料和技术具有更高的熔点、抗氧化性、良好的光传输特性、热稳定性、化学稳定性和机械强度等特点。开发具有高热导率、高硬度、高强度、高韧性、极高的耐磨性、及耐氧化和耐化学腐蚀性的超高温氧化物单晶光纤，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种氧化锆单晶光纤及其制备方法与应用，该单晶光纤可以作为高温传感材料。

本发明的技术方案如下：

一种氧化锆单晶光纤，该光纤的化学组成为氧化锆单晶。

根据本发明，优选的，所述的光纤的横截面为圆形或正方形。

根据本发明，优选的，所述的光纤的直径为0.4-0.9mm，进一步优选0.45-0.7mm；

优选的，所述的光纤长度≥15cm。

根据本发明，优选的，所述的氧化锆单晶光纤的纵横比(长度直径比)≥150:1。