[发明专利]一种柔性烧蚀电阻薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性烧蚀电阻薄膜及其制备方法，该柔性烧蚀电阻薄膜包括柔性基底和烧蚀电阻薄膜，二者之间设有复合过渡层，其中复合过渡层包含有一交替沉积Si₃N₄层、AlN层和Al₂O₃层的周期性复合薄膜。其制备方法包括制备复合过渡层、制备烧蚀电阻薄膜。本发明柔性烧蚀电阻薄膜具有抗环境干扰能力强、可靠性水平高等优点，其制备方法具有制备工艺简单、环境适应性强、可靠性好等优点。本发明柔性烧蚀电阻薄膜能够应用于高超音速飞行器、固体火箭发动机等航天器的防热保护层中，可实现在高温、高热流冲刷等恶劣环境下的烧蚀量测量，对于提高高超音速飞行器、固体火箭发动机等航天器的应用可靠性具有重要意义。

技术领域

本发明属于特种薄膜制备技术领域，涉及一种烧蚀电阻薄膜及其制备方法，具体涉及一种柔性烧蚀电阻薄膜及其制备方法。

背景技术

绝热层主要应用于固体火箭发动机、再入大气飞行器等航天器的防热保护中，绝热层性能的好坏直接影响到发动机工作的可靠性，甚至影响到火箭发射的成败。绝热层的工作环境十分恶劣，它要经受高温高压燃气的烧蚀和凝相颗粒的冲刷，严重时会导致内绝热层防护失效，发动机壳体烧穿，造成发动机失效。因此，绝热层厚度及其几何形状等直接影响到固体火箭发动机结构可靠性，而绝热层的设计是由其烧蚀情况来确定的，绝热层材料烧蚀特性是绝热层设计的重要参考依据之一。

为适应和推进高超音速飞行器、固体火箭发动机不断向前发展，必须寻求更高性能（如导热性越差，越有利于适应高温、高热流冲刷的恶劣环境）的内绝热层材料。如，公开号为CN102353469A的中国专利文献介绍了一种高速飞行器外表面高温在线测量装置及其制备和测量方法，采用微加工工艺成型沉积制备多个薄膜热电偶，通过薄膜热电偶来实现烧蚀量测量，但是该专利技术中的薄膜热电偶是在刚性基底氧化铝陶瓷上制备的，其无法完全模拟绝热层材料的烧蚀情况，不具备优越性；同时该专利技术还存在传感器结构复杂、在恶劣环境下工作的可靠性水平较差、生产工艺复杂、生产成本高、生产周期长等缺点。又如，公开号为102879434A的中国专利文献介绍了一种薄膜烧蚀传感器及其制备方法，其中该薄膜烧蚀传感器以硅片、Al₂O₃陶瓷、硼硅玻璃中的至少一种为刚性基底材料，由此制得的薄膜烧蚀传感器不具备导热性低的性能，从而无法保证在高温、高热流冲刷等恶劣环境下的可靠性，因而无法作为高超音速飞行器、固体火箭发动机的绝热材料。显然，现有以刚性基底烧蚀薄膜作为内绝热层材料并不能满足高超音速飞行器、固体火箭发动机在高温、高热流冲刷等恶劣环境下的实际需求。

三元乙丙、聚酰亚胺等绝热材料，具有密度低、耐烧蚀、抗冲刷、工艺性能优良等特点，作为微型薄膜器件的柔性基底，在超高超音速飞行器、航天固体火箭发动机等热防护领域得到广泛应用。然而，三元乙丙、聚酰亚胺均为柔性材料，在柔性薄膜制备过程中易出现龟裂、脱落等现象，影响柔性薄膜可靠性。为了克服上述问题，研究人员对薄膜的制备工艺进行了优化，如，公开号为CN102330067A的中国专利文献介绍了一种柔性基底微晶硅薄膜快速、均匀制备的方法，采用热丝辅助甚高频等离子体增强化学气相沉积方法，在低温下实现柔性基底高质量、高沉积速率、均匀性好的微晶硅薄膜的制备，应用于薄膜太阳电池，可以有效地提高电池稳定性和效率，但是该专利技术中制备的柔性薄膜存在致密度及附着强度低，高温应力环境下易裂、易脱落、薄膜可靠性差等缺点。又如，公开号为CN104498883A的中国专利文献介绍了一种在柔性衬底上沉积高c轴取向氮化铝薄膜的方法，用等离子体对柔性衬底进行清洗，并将清洗后的柔性衬底置于磁控溅射镀膜机的基片台上，抽真空，充入工作气体，反应溅射制备得到高c轴取向氮化铝薄膜，工艺简单、成本低，所选衬底为柔性材料，制备的氮化铝薄膜可弯曲，具有高c轴取向和高d33压电系数，有利于减小表面粗糙度、提高基底结合力，可用于制备柔性声表面波器件，但该专利采用磁控溅射的方法制备柔性薄膜，存在膜层疏松、致密度低、界面热应力大等缺点，难以满足恶劣环境下的工程应用。由此可见，现有制备方法中制得的柔性薄膜只能实现在大气环境条件下的相对可靠，不能应用于高超音速飞行器、固体火箭发动机等航天器的防热保护中。