[发明专利]SiCN陶瓷无线无源谐振腔式压力传感器及其制备方法

说明书

SiCN陶瓷无线无源谐振腔式压力传感器及其制备方法，涉及压力传感器。SiCN陶瓷无线无源谐振腔式压力传感器设有非晶态SiCN陶瓷压力片、非晶态SiCN陶瓷环片、非晶态SiCN陶瓷底座、贴片天线、耦合槽天线和空气谐振腔；所述非晶态SiCN陶瓷压力片、非晶态SiCN陶瓷底座表面和非晶态SiCN陶瓷环片内表面涂有金属层，金属层形成谐振腔，贴片天线设在非晶态SiCN陶瓷压力片顶部，耦合槽天线设在谐振腔上表面，谐振腔通过耦合槽天线与贴片天线耦合，贴片天线与共面波导线耦合。

技术领域

本发明涉及压力传感器，尤其是涉及一种SiCN陶瓷无线无源谐振腔式压力传感器及其 制备方法。

背景技术

航空发动机、火箭发动机、高温炉、核反应堆、石油勘探等设备的工作温度通常大于800℃， 且内部环境恶劣(高温、高压、高腐蚀、高辐射等)。由于这些设备的工作压力较大，若压力 出现异常会对设备的工作造成极大的影响，甚至出现危险事故。因此对这些设备的压力进行 实时的监控对于设备的安全运行有着非常重要的意义。目前较为常见的压力传感器为压阻式 压力传感器或光纤式压力传感器。由于这两类压力传感器的传感器机制决定了其为有线有源 的结构。在高温下为传感器供能的普通电池无法工作，而耐高温的电池一般工作在200℃以 下，对于工作温度一般在800℃以上的设备无能为力。因此这两类压力传感器无法安装在高 温炉、核反应堆、石油勘探等设备中。并且由于需要布线，增加了传感系统的重量，不适合 在对重量要求严格的各类航空发动机中应用。基于以上的原因，传统的有线有源压力传感器 无法在发动机、高温炉等设备中长时间工作，因此对这类设备工作时内部高压的实时监控受 到极大限制。而无线无源压力传感器中常见的电容式压力传感器。虽然能在800℃以上工作， 但是这类传感器的传输距离较短，实际应用上存在困难。因此开发出一种可用于恶劣工作环 境的耐高温的无线无源谐振腔式压力传感器迫在眉睫，这种耐高温压力传感器研发的瓶颈在 于制备在一定温度压力下能够稳定工作并且对无线电信号损耗较小的传感元件。

聚合物先驱体热解法制得的先进陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特性，且制备 过程简便、先驱体分子可设计性强，烧结温度较低(800℃即可)，能制得结构复杂的部件， 因此聚合物先驱体热解法制备陶瓷是目前国际上研究的一个热点。利用聚合物先驱体聚硅氮 烷热解制备的SiCN陶瓷不仅具有耐高温、抗腐蚀、耐辐射的特性，还是一种新型的半导体 材料，更重要的是利用聚合物先驱体聚硅氮烷热解制备的SiCN陶瓷，其介电损耗较低、介 电常数较低，因此能提高电磁信号的传输距离，这拓展了传感器的应用范围。因此聚合物先 驱体聚硅氮烷陶瓷成为新型的耐高温无线无源谐振腔式压力传感器的首选材料。但目前尚未 发现性能较为出色的SiCN陶瓷无线无源谐振腔式压力传感器及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的压力传感器所存在的传感元件工作温度低，其有线有源的 结构难以在恶劣条件下工作，且在一些特殊位置如发动机叶片上无法应用等技术问题，提供 一种可在高温恶劣环境下使用的SiCN陶瓷无线无源谐振腔式压力传感器及其制备方法。

所述SiCN陶瓷无线无源谐振腔式压力传感器设有非晶态SiCN陶瓷压力片、非晶态SiCN 陶瓷环片、非晶态SiCN陶瓷底座、贴片天线、耦合槽天线和空气谐振腔；

所述非晶态SiCN陶瓷压力片、非晶态SiCN陶瓷底座表面和非晶态SiCN陶瓷环片内表 面涂有金属层，金属层形成谐振腔，贴片天线设在非晶态SiCN陶瓷压力片顶部，耦合槽天 线设在谐振腔上表面，谐振腔通过耦合槽天线与贴片天线耦合，贴片天线与共面波导线耦合。

所述圆柱形非晶态SiCN陶瓷传感元件的直径可为10～16mm，厚度可为2～5mm；所述 金属层可采用耐高温金属层，所述耐高温金属层的材料熔点大于1000℃，所述耐高温金属层 的厚度可为20～50μm。

所述SiCN陶瓷无线无源谐振腔式压力传感器的制备方法包括以下步骤：

1)制备圆柱形非晶态SiCN陶瓷传感元件