[发明专利]一种基于先驱体陶瓷的摩擦阻力传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于先驱体陶瓷的摩擦阻力传感器及其制备方法。所述传感器包括测量头、先驱体陶瓷悬臂梁和电极；所述测量头和电极均连接在先驱体陶瓷悬臂梁上，所述先驱体陶瓷悬臂梁由以碳源和含Si‑H键的聚硅聚合物为原料的先驱体陶瓷材料制成；所述碳源选自由二乙烯基苯、乙烯基乙炔基苯和二乙炔基苯组成的组。所述制备方法包括采用先驱体转化法制备先驱体陶瓷悬臂梁，然后在先驱体陶瓷悬臂梁的一端连接测量头，在先驱体陶瓷悬臂梁除去先驱体陶瓷悬臂梁两端之外的任一位置连接电极，制得基于先驱体陶瓷的摩擦阻力传感器。本发明制备的基于高导电率的先驱体陶瓷的摩擦阻力传感器灵敏性高和测量准确性高。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种基于先驱体陶瓷的摩擦阻力传感器及其制备方法。

背景技术

表面摩擦阻力是由于流体的粘性在流体分子间及其与飞行器外露表面间的摩擦而产生的阻力，它同飞行器外露表面的光洁度、飞行器的雷诺数、紧挨着表面的粘流层中的流态有关。表面摩擦阻力是高超声速飞行器气动力的重要组成部分，也是制约高超声速飞行器发展的重要因素，因而对表面摩擦阻力的准确测量就显得尤为重要。

现有的高超声速飞行器摩擦阻力测量方法中，摩阻天平传感器是比较好的测量方法，但是由于在极端的高温高速环境下通过对先驱体陶瓷先驱体陶瓷悬臂梁的挠度进行测量，测量应变片很难承受高温和氧化环境，难以在极端环境对先驱体陶瓷先驱体陶瓷悬臂梁的挠度变化进行准确测量，并且应变片与先驱体陶瓷先驱体陶瓷悬臂梁的粘接产生一定的误差和不确定性，远不如结构与功能一体的测量方法的适应性和准确性。

先驱体陶瓷具有优异的抗氧化腐蚀特性(抗氧化性)以及抗蠕变特性，适用于恶劣的极端环境，更重要的是该材料具有压阻效应，且其成型方法简单，适合于传感器的制造。例如SiCN先驱体陶瓷作为一种新型的高温半导体材料，具有较高的热稳定性、抗氧化性。但是目前制备的先驱体陶瓷由于碳含量很低，碳无法在材料内部形成一种贯穿的网络，导致陶瓷电导率低，常温下近乎绝缘，压阻效应不明显。

发明内容

为解决现有先驱体陶瓷碳含量低、电导率低及压力敏感因子小，导致电阻随着应变变化不灵敏，从而导致现有基于先驱体陶瓷的传感器的灵敏度低、测量的准确性不高的问题，本发明提供了一种基于高电导率的先驱体陶瓷的摩擦阻力传感器及其制备方法。本发明制备的摩擦阻力传感器灵敏性高和测量准确性高。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种基于先驱体陶瓷的摩擦阻力传感器，所述传感器包括测量头、先驱体陶瓷悬臂梁和电极；所述测量头连接在所述先驱体陶瓷悬臂梁的一端，所述电极连接在所述先驱体陶瓷悬臂梁除去先驱体陶瓷悬臂梁两端之外的任一位置；所述先驱体陶瓷悬臂梁由以碳源和含Si-H键的聚硅聚合物为原料的先驱体陶瓷材料制成；所述碳源选自由二乙烯基苯、乙烯基乙炔基苯和二乙炔基苯组成的组。

特别地，所述含Si-H键的聚硅聚合物选自由聚碳硅烷、聚硅氮烷和聚铝硅氮烷组成的组；优选的是，所述含Si-H键的聚硅聚合物为聚硅氮烷。

特别地，所述先驱体陶瓷材料以碳源1～50重量份和含Si-H键的聚硅聚合物50～99重量份为原料；优选的是，所述先驱体陶瓷材料以碳源5～50重量份和含Si-H键的聚硅聚合物50～95重量份为原料；更优选的是，所述先驱体陶瓷材料以碳源10～50重量份和含Si-H键的聚硅聚合物50～90重量份为原料。

优选地，所述电极为铂电极、金电极或镍合金电极。

本发明在第二方面提供了本发明在第一方面所述的基于先驱体陶瓷的摩擦阻力传感器的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将碳源与含Si-H键的聚硅聚合物混合均匀并在65～80℃的条件下保温10～20h，得到混合料；

(2)将步骤(1)得到的混合料进行固化，得到固化产物；