[发明专利]制备晶面择优取向氧化铟锡-氧化铟锌薄膜热电偶的方法

说明书

本发明涉及制备晶面择优取向氧化铟锡‑氧化铟锌薄膜热电偶的方法，所述金属表面为曲面，包括步骤1、通过物理气相沉积工艺在金属工件表面沉积钇稳定的氧化锆YSZ结合涂层，将钇稳定的氧化锆YSZ粉末和Al₂O₃粉末通过物理气相沉积工艺沉积到金属工件表面；步骤2、通过磁控溅射工艺在结合涂层上制备晶面择优取向的薄膜热电偶，所述薄膜热电偶包括两个热电臂和两个电极；步骤3、具有所述薄膜热电偶的金属工件进行热处理，以释放材料界面之间的应力；步骤4、通过磁控溅射工艺在结合涂层上制备保护层，所述保护层为Al₂O₃材质覆盖所述的两个热电臂。本发明实现在金属表面快速沉积具有择优晶面取向的薄膜热电偶，对薄膜热电偶的稳定测温具有重要意义。

技术领域

本发明涉及高温合金表面温度测试技术，具体提供在金属表面制备晶面择优取向薄膜热电偶的方法，从而实现快速、准确获取高温合金表面的温度数据。

背景技术

利用薄膜热电偶测温是获取航空发动机高温部件实时温度数据的常用方法。该项技术能够有效避免航空发动机叶片的超温现象同时为发动机设计提供数据支撑。然而，将薄膜热电偶结合在涡轮叶片上需要在涡轮叶片上制备绝缘层，该绝缘层既需要具有良好的绝缘性，又需要高温结合能力，不易于脱落，这就导致其存在一定厚度，影响到测温精度。目前，制备的绝缘层通常都是多层制备，例如包括结合层、过渡层等等，工艺较为复杂，层间材料界面应力较大，且应力界面多。在航空发动机高压环境下薄膜热电偶容易脱落，给薄膜热电偶的测温稳定性带来挑战。

现有的结合涂层与金属结合好(尤其是高温合金)，但是，现有技术中结合涂层材料不全都是绝缘材料，而且在高温环境下结合材料的导电性是不稳定的。因此，现阶段需要将结合技术与绝缘技术相结合，保证能够在高温环境下对高温合金表面进行一个精确的温度测量。

现有的结合涂层通常具有较大厚度，至少为几十微米，影响热传导效率，过大的厚度，导致薄膜热电偶结合涂层与工件表面更困难的实现热平衡，无法瞬态测温。

发明内容

本发明的目的是：采用在高温合金基底上沉积一层绝缘的结合涂层，后在结合涂层上直接沉积具有择优晶面取向的氧化铟锡和氧化铟锌薄膜热电偶，实现在金属表面快速沉积具有择优晶面取向的薄膜热电偶，对薄膜热电偶的稳定测温具有重要意义。

利用结合涂层制备技术替代现有的多层过渡层技术，实现薄膜热电偶在涡轮叶片上的快速制备，同时制备的薄膜热电偶具有择优晶面取向，实现性能优异的薄膜热电偶的快速制备。

本发明的技术方案是：

采用电子束物理气相沉积方法在涡轮叶片上沉积钇稳定的氧化锆(YSZ)结合涂层，利用磁控溅射仪在制备的结合涂层上直接沉积具有择优晶面取向的氧化铟锡和氧化铟锌两种热电臂，然后溅射铂铱电极，热处理后在两个热电臂上溅射氧化铝保护层。

提供在金属表面制备晶面择优取向薄膜热电偶的方法，所述金属表面为曲面，包括如下步骤：

步骤1、通过物理气相沉积工艺在金属工件表面沉积钇稳定的氧化锆(YSZ)结合涂层，将钇稳定的氧化锆(YSZ)粉末和Al₂O₃粉末通过物理气相沉积工艺沉积到金属工件表面，沉积厚度为不超过3μm；所述Al₂O₃粉末与钇稳定的氧化锆(YSZ)粉末的摩尔百分比在0.03以上，保证所述结合涂层为绝缘涂层；

步骤2、通过磁控溅射工艺在结合涂层上制备晶面择优取向的薄膜热电偶，所述薄膜热电偶包括两个热电臂和两个电极；热电臂之一为氧化铟锡靶沉积而成；热电臂另一为氧化铟锌靶沉积而成，所述电极为铂靶和铱靶共溅射沉积而成；

步骤3、具有所述薄膜热电偶的金属工件进行热处理，以释放材料界面之间的应力；