基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種用于測(cè)量C/C復(fù)合材料線燒蝕量的燒蝕傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]在新型航天飛行器研制過程中，為了保證材料在高溫條件下保持良好穩(wěn)定的力學(xué)特性，需要采用C/C復(fù)合材料(碳/碳復(fù)合材料)制作結(jié)構(gòu)部件。這些結(jié)構(gòu)部件在工作中將要承受惡劣的工作環(huán)境，如高溫、強(qiáng)氧化以及強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)風(fēng)阻等復(fù)雜力學(xué)載荷的環(huán)境，為此通過試驗(yàn)獲得飛行狀態(tài)下高溫結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際結(jié)構(gòu)特性就成為解決問題的關(guān)鍵?，F(xiàn)有技術(shù)中，在諸多測(cè)試需求中，高溫結(jié)構(gòu)材料的燒蝕測(cè)試是目前較為突出的需求，這是因?yàn)樵陲w行器飛行狀態(tài)下，對(duì)其外表面的燒蝕厚度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，從而獲得飛行器工作狀態(tài)下外表面燒蝕率隨時(shí)間的變化關(guān)系，對(duì)于飛行器的飛行安全和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是十分必要的。但是，由于飛行狀態(tài)下測(cè)試條件的苛刻以及飛行器殼體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性等原因，使得目前本領(lǐng)域?qū)g厚度的實(shí)時(shí)測(cè)量具有相當(dāng)大的難度，而以往公知的諸如超聲波測(cè)厚、射線測(cè)厚、熱電偶靶線測(cè)厚等方法在實(shí)際應(yīng)用中或者由于安裝尺寸和安裝條件的局限，或者由于分辨率和精度的不足，尚都難以滿足飛行器表面燒蝕實(shí)時(shí)測(cè)量的要求。這就使得研制可滿足高分辨率、高精度要求的燒蝕測(cè)量傳感器具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題加以解決，提供一種基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器，該傳感器具有對(duì)非金屬材料的線燒蝕量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量的特點(diǎn)，同時(shí)還具有高分辨率、高測(cè)量精度的特點(diǎn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案:
[0005]—種基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器，包括一個(gè)內(nèi)置有燒蝕傳感器敏感組件的外殼，其中燒蝕傳感器敏感組件由金屬絲柵、基底材料、引線組成，金屬絲柵通過金屬濺射薄膜工藝鍍?cè)诨撞牧仙?，引線的一端與金屬絲柵連接，另一端自外殼向外引出，將的信號(hào)傳接至信號(hào)調(diào)理模塊，金屬絲柵在外殼與燒蝕傳感器敏感組件之間塞置有填充物。
[0006]上述基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器中，金屬絲柵為首先通過金屬濺射薄膜工藝將金屬鍍?cè)诨撞牧仙闲纬山饘倌?，再?jīng)過刻蝕工藝將鍍?cè)诨撞牧仙系慕饘倌た涛g形成的金屬絲柵。
[0007]上述基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器中，金屬絲柵為采用熔點(diǎn)與被測(cè)燒蝕材料燒蝕溫度相近的金屬材料制成的阻值為2.5±0.5kΩ的金屬絲柵。
[0008]上述基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器中，在金屬絲柵的表面再鍍有一層S12保護(hù)膜。
[0009]上述基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器中，基底材料采用Al2O3陶瓷基片制成。
[0010]上述基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器中，外殼為一個(gè)一端封閉的中空筒殼，燒蝕傳感器敏感組件置于殼內(nèi)，其引線自外殼的開放端口引出，在引線與外殼開放端口間封涂有一層耐高溫膠。
[0011 ]上述基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器中，外殼采用熔點(diǎn)與被測(cè)燒蝕材料燒蝕溫度相近的金屬材料制成。
[0012]上述基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器中，填充物為Al2O3粉末。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器具有如下優(yōu)占.V.
[0014]1、本發(fā)明具有對(duì)非金屬材料的線燒蝕量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量的特點(diǎn)，實(shí)際測(cè)量應(yīng)用時(shí)，當(dāng)C/C復(fù)合材料隨著溫度升高開始燒蝕時(shí)，該燒蝕傳感器的金屬絲柵會(huì)隨著燒蝕層的推移而發(fā)生熔斷，導(dǎo)致金屬絲柵條數(shù)上的減少，進(jìn)而導(dǎo)致金屬絲柵的阻值會(huì)隨著燒蝕層的變化而發(fā)生變化，給傳感器提供恒電流，即可將金屬絲柵阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，金屬絲柵熔斷的界面與燒蝕層的推移界面可以始終保持平齊，如此即可實(shí)現(xiàn)對(duì)C/C復(fù)合材料線燒蝕量的連續(xù)測(cè)量，同時(shí)可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燒蝕傳感器的電壓變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)C/C復(fù)合材料燒蝕情況的實(shí)時(shí)測(cè)量；
[0015]2、在C/C復(fù)合材料的燒蝕過程中，本發(fā)明所述基于金屬濺射薄膜的燒蝕傳感器的輸出信號(hào)大小與C/C復(fù)合材料線燒蝕量的變化成正比例關(guān)系，傳感器采用的金屬絲柵材料以及傳感器外殼材料均可以通過測(cè)試C/C復(fù)合材料的燒蝕溫度進(jìn)行確定；
[0016]3、本發(fā)明為一種采用了金屬濺射薄膜工藝的燒蝕傳感器，通過金屬濺射薄膜可以將金屬絲柵做到微米級(jí)的寬度，因此可以大大提高傳感器的分辨率及測(cè)量精度；
[0017]4、本發(fā)明所述基于金屬濺射薄膜的燒蝕傳感器產(chǎn)品的外形尺寸很小，制作中可以將傳感器外殼的直徑做到小于Φ 2mm，因此僅需在C/C復(fù)合材料上打Φ 2mm的安裝孔，對(duì)飛行器的C/C復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)(被測(cè)體)本身的破壞很小，對(duì)安裝空間的要求也很小，優(yōu)于現(xiàn)有測(cè)量原理的大于OlOmm的安裝孔；
[0018]5、在本發(fā)明所述燒蝕傳感器的燒蝕敏感組件與外殼之間填充有由Al2O3粉末構(gòu)成的填充物，可以防止燒蝕過程中金屬絲柵的提前熔斷，保證燒蝕界面與金屬絲柵熔斷界面平齊；
[0019]6、本發(fā)明所述基于金屬濺射薄膜的燒蝕傳感器可以事先對(duì)待測(cè)的C/C復(fù)合材料進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，確定其燒蝕溫度，如此便能夠以此燒蝕溫度作為金屬絲柵及外殼的金屬材料的熔點(diǎn)，保證在待測(cè)C/C復(fù)合材料發(fā)生燒蝕時(shí)金屬絲柵的熔斷界面與其燒蝕界面一致；
[0020]7、本發(fā)明所述基于金屬濺射薄膜的燒蝕傳感器可以在金屬絲柵的表面鍍一層S12，防止金屬絲柵過早、過快氧化。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明金屬絲柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中各標(biāo)號(hào)的名稱分別是:I一燒蝕傳感器敏感組件，Ia—金屬絲柵，Ib —基底材料，Ic一引線，2 —外殼，3—填充物，4一耐尚溫膠，5 — Si02保護(hù)膜。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參見附圖，本發(fā)明所述的基于金屬濺射薄膜的燒蝕傳感器包括外殼2、燒蝕傳感器敏感組件1、填充物3。外殼2為一個(gè)由金屬材料制成的一端封閉的中空筒殼，外殼材料的熔點(diǎn)與被測(cè)燒蝕材料燒蝕溫度相近。外殼2的長(zhǎng)度比燒蝕傳感器敏感組件I的長(zhǎng)度要長(zhǎng)，以保證引線Ic的引線牢固。燒蝕傳感器敏感組件由金屬絲柵la、基底材料Ib和引線Ic組成。制作金屬絲柵Ia時(shí)，首先通過金屬派射薄膜工藝將金屬鍍?cè)诨撞牧螴b上，形成金屬膜，再經(jīng)過刻蝕工藝將鍍?cè)诨撞牧螴b上的金屬膜進(jìn)行刻蝕，形成的金屬絲柵la，金屬絲柵Ia的阻值為2.5 ±0.5k Ω，之后在金屬絲柵Ia表面再鍍一層S12保護(hù)膜5，可以起到對(duì)金屬絲柵的熱防護(hù)作用，防止金屬絲柵過早、過快氧化?；撞牧螴b為Al2O3陶瓷基片，Al2O3陶瓷基片表面質(zhì)量可以被處理到100埃以內(nèi)，利于通過金屬濺射薄膜工藝將金屬絲柵Ia鍍?cè)谄浔砻?，同時(shí)Al2O3陶瓷基片的絕緣性良好，保證每一條金屬絲柵之間互不影響，總阻值可以隨著金屬絲柵的熔斷而發(fā)生變化。引線Ic的一端與金屬絲柵Ia連接，另一端自外殼2的開放端口向外引出。塞置在外殼2與燒蝕傳感器敏感組件I之間的填充物3為Al2O3粉末，Al2O3粉末有良好的絕緣性，同時(shí)顆粒細(xì)小，能保證填充密實(shí)，而且Al2O3粉末的隔熱性良好，可以保證金屬絲柵的熔斷界面與C/C復(fù)合材料的燒蝕界面同步。
[0026]本發(fā)明的制作過程是:將燒蝕傳感器敏感組件I插入外殼2內(nèi)，然后在燒蝕傳感器敏感組件I與外殼2之間填滿填充物3，將燒蝕傳感器敏感組件I的一端(非引線端)與外殼2封閉端的端面平齊，將與金屬絲柵Ia連接的引線Ic的一端從外殼的開放端口一端引出，通過引線Ic將金屬絲柵Ia的信號(hào)傳至信號(hào)調(diào)理模塊，在引線Ic與外殼2開放端口間封涂有一層耐高溫膠4，即完成燒蝕傳感器的組成。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和補(bǔ)充，這些改進(jìn)和補(bǔ)充也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器，其特征在于:包括一個(gè)內(nèi)置有燒蝕傳感器敏感組件(I)的外殼(2)，其中燒蝕傳感器敏感組件由金屬絲柵(Ia)、基底材料(Ib)、引線(Ic)組成，金屬絲柵(Ia)通過金屬濺射薄膜工藝鍍?cè)诨撞牧?Ib)上，引線(Ic)的一端與金屬絲柵(Ia)連接，另一端自外殼(2)向外引出，在外殼(2)與燒蝕傳感器敏感組件(I)之間塞置有填充物(3)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器，其特征在于:所述的金屬絲柵(Ia)為首先通過金屬濺射薄膜工藝將金屬鍍?cè)诨撞牧?Ib)上形成金屬膜，再經(jīng)過刻蝕工藝將鍍?cè)诨撞牧?I b)上的金屬膜刻蝕形成的金屬絲柵。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器，其特征在于:所述的金屬絲柵(Ia)為采用熔點(diǎn)與被測(cè)燒蝕材料燒蝕溫度相近的金屬材料制成的阻值為2.5 ±0.5kQ的金屬絲柵。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器，其特征在于:在金屬絲柵(Ia)的表面再鍍有一層S12保護(hù)膜(5)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器，其特征在于:所述的基底材料(Ib)采用Al2O3陶瓷基片制成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器，其特征在于:所述的外殼(2)為一個(gè)一端封閉的中空筒殼，燒蝕傳感器敏感組件置于殼內(nèi)，其引線(Ic)自外殼(2)的開放端口引出，在引線(Ic)與外殼(2)開放端口間封涂有一層耐高溫膠(4)。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器，其特征在于:所述的外殼(2)采用熔點(diǎn)與被測(cè)燒蝕材料燒蝕溫度相近的金屬材料制成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器，其特征在于:所述的填充物⑶為Al2O3粉末。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于金屬濺射薄膜技術(shù)的燒蝕傳感器，包括一個(gè)內(nèi)置有燒蝕傳感器敏感組件的外殼，其中燒蝕傳感器敏感組件由金屬絲柵、基底材料、引線組成，金屬絲柵通過金屬濺射薄膜工藝鍍?cè)诨撞牧仙?，引線的一端與金屬絲柵連接，另一端自外殼向外引出的信號(hào)傳接至信號(hào)調(diào)理模塊，在外殼與燒蝕傳感器敏感組件之間塞置有填充物。本發(fā)明的特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)對(duì)C/C復(fù)合材料的線燒蝕量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量，輸出信號(hào)大小與C/C復(fù)合材料線燒蝕量的變化成正比例關(guān)系，同時(shí)分辨率高、測(cè)量精度高，對(duì)被測(cè)材料本體的破壞也很小。
【IPC分類】G01B7/06
【公開號(hào)】CN105444661
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510990668
【發(fā)明人】李煒, 孔凡玲
【申請(qǐng)人】陜西電器研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日