[发明专利]一种在C/SiC复合材料表面制备薄膜热电偶的方法

说明书

本发明公开了一种在C/SiC复合材料表面制备薄膜热电偶的方法，具有如下步骤：S1、C/SiC复合材料表面处理；S2、在C/SiC复合材料上制备导电层；S3、电镀沉积Ni‑ZrO₂复合层；S4、机械打磨电镀层；S5、抛光Ni‑Cr‑ZrO₂复合过渡层；S6、制备有复合过渡层的C/SiC复合材料表面处理；S7、制备SiO₂绝缘膜、薄膜热电偶功能薄膜和SiO₂保护膜。本发明制备的Ni‑Cr‑ZrO₂复合过渡层与C/SiC复合材料有良好的结合力，同时可以为薄膜热电偶提供连续平整的附着面，制备出的薄膜热电偶能够满足C/SiC复合材料制造的航空发动机热端部件瞬时表面温度测试需求。

技术领域

本发明涉及温度计量技术领域，具体地说是一种在C/SiC复合材料表面制备薄膜热电偶的方法。

背景技术

随着航空航天技术的发展，高涵道比、高推重比、高涡轮进口温度成为航空发动机新的发展方向，发动机热端部件的工作温度也因此越来越高。C/SiC陶瓷基复合材料以其具有的高硬度、低密度、抗氧化、优异的抗热震性能和高的许用工作温度等特点，被广泛应用于航空发动机热端部件的制造。C/SiC复合材料具有优异的耐高温性能，但长时间在严苛的高温环境工作，碳纤维发生氧化，甚至由于碳纤维和基体材料的热膨胀系数不同产生微裂隙，导致材料的力学性能急剧下降，严重影响热端部件的可靠性。因此，准确测量C/SiC复合材料热端部件的实时表面温度从而对热端部件的寿命做出准确的预估以及验证冷却设计的效果是非常必要的。

目前，用于航空发动机热端部件温度测试的技术有多种，其中的薄膜热电偶温度传感器测温是一种先进的测量瞬变温度的技术手段。薄膜热电偶温度传感器具有实时性好、抗干扰能力强等特点，可以直接沉积在热端部件表面，对部件表面结构无破坏，但其附着的表面要确保连续平整以保证制备出薄膜热电偶温度传感器的连续平整。C/SiC复合材料的碳纤维编织结构有2维、2.5维和3维等，常用的制备方法有反应熔体浸渗法、液态聚合物浸渗法和化学气象渗透法。虽然有不同方法能够制备C/SiC复合材料，但制备出的C/SiC复合材料表面都存在连续性差，有大量毫米和微米级的凹陷或孔洞等缺陷。显然C/SiC复合材料不具备在表面直接制备薄膜热电偶温度传感器所需的条件，因此亟需一种实现在C/SiC复合材料表面制备薄膜热电偶温度传感器的方法。

发明内容

为解决在C/SiC复合材料表面制备薄膜热电偶的问题，本发明提出如下解决方案：由于不同方法制备的C/SiC复合材料的导电特性不同，为了保持良好的导电性且为后续的电镀沉积提供附着面，采用直流磁控溅射法在经过清洗的C/SiC复合材料表面溅射制备一层NiCr导电层。后续采用电化学电镀的方式在导电层上沉积Ni-ZrO₂复合层。2小时电镀后未经处理的Ni-ZrO₂复合层表面粗糙，C/SiC复合材料表面的缺陷并未完全填补，因此需要经过反复电镀、800目砂纸机械打磨以得到连续平整的表面。在C/SiC复合材料表面制备出连续平整表面后需要精抛至镜面，然后采用直流脉冲磁控溅射的方法在Ni-Cr-ZrO₂复合过渡层表面依次制备SiO₂绝缘膜，NiCr热电极、NiSi热电极和SiO₂保护膜，从而实现本发明目的。本发明采用的技术手段如下：

一种在C/SiC复合材料表面制备薄膜热电偶的方法，具有如下步骤：

S1、C/SiC复合材料表面处理：先后在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗，清洗后在无尘室内干燥处理；

S2、在C/SiC复合材料上制备导电层：采用磁控溅射的方法在经过上一步骤处理后的C/SiC复合材料表面制备NiCr导电层；

S3、电镀沉积Ni-ZrO₂复合层：将经过上一步骤处理后的C/SiC复合材料置于电镀槽内，开启超声发生器、水浴加热装置和电镀液搅拌器，电镀沉积2小时；