热处理对pt-ptrh13薄膜热电偶绝缘层性能的影响及机理分析

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1、第41卷第4期航空发动机Vol.41No.42015年8月AeroengineAug.2015热处理对Pt-PtRh13薄膜热电偶绝缘层性能的影响及机理分析张建国，颜秀文（中国电子科技集团公司第四十八研究所，长沙410111）摘要：为了测量航空发动机高温部件表面温度，利用离子束溅射镀膜技术制备了拥有多层薄膜结构的Pt-PtRh13薄膜热电偶，包括Ni基合金基底、NiCrAlY黏结层、Al2O3过渡层、Al2O3绝缘层、Pt/PtRh13薄膜热电偶和Al2O3保护层。研究了热处理对Pt-PtRh13薄膜

2、热电偶绝缘层性能的影响，并利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射分析（XRD）等手段对薄膜热电偶绝缘层性能下降的机理进行了分析。研究结果表明：利用Al2O3绝缘薄膜开发的Pt-PtRh13薄膜热电偶只用于900℃以下测温，在900℃以上长时间应用可能会出现测温不稳定问题，高温诱发Al2O3绝缘层发生晶型转变是主要原因。关键词：薄膜热电偶；Pt-PtRh13；离子束溅射；热处理；温度稳定性；航空发动机中图分类号：V250.3文献标识码：Adoi：10.13477/j.cnki.aeroengine.2

3、015.04.017EffectsofHeatTreatmentonPerformanceofPt-PtRh13Thin-filmThermocoupleInsulatingLayerandItsMechanismAnalyzingZHANGJian-guo,YANXiu-wen渊ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation48thResearchInstitute袁Changsha410111袁China冤Abstract:Inordertomeasuresu

4、rfacetemperatureofaeroenginehightemperaturecomponents,Pt-PtRh13thin-filmthermocouplesarefabricatedbyionbeamsputteringtechnique.Thesamplesaremulti-layerstructurewhicharecomposedofNi-basedsuperalloysubstrates袁NiCrAlYbufferlayer袁Al2O3layer袁Al2O3insulatingl

5、ayer袁Pt-PtRh13thin-filmthermocoupleandAl2O3protectinglayer.TheeffectsofheattreatmentonthepropertiesofPt-PtRh13thin-filmthermocoupleinsulatinglayer袁andthedegradationmechanismaboutAl2O3insulatinglayerwereanalyzedusingSEM袁XRD.TheresultsshowthatPt-PtRh13thi

6、n-filmthermocoupleusingAl2O3insulatinglayerarecompliantwithmeasuringsurfacetemperaturebelow900益袁andmaybecauseinstabilitytroublewhenusinginmorethan900益environmentlongtime.HightemperatureisthemainreasonthatinducescrystalphasetransitionofAl2O3insulatinglay

7、er.Keywords:thin-filmthermocouple曰Pt-PtRh13曰ionbeamsputtering曰heattreatment曰thermalstability曰aeroengine0引言用现代数字技术处理示温漆颜色图片进行高温测量。这种方法温度测量精度低、在高温下摄像头易损伤、难在航空发动机涡轮、燃烧室、压气机等关键部件安装，容易造成测量结果与实际情况差别较大。与传统设计及性能试验中，准确测量部件的表面温度非常关[1-2]的高温测量技术相比，薄膜热电偶技术直接将温度测键和必要

8、。传统的航空发动机高温测量方法有2种：1种是将线材铠装热电偶直接安装在叶片表面和量单元沉积在高温部件表面，具有不破坏部件结构、功[1，4-6]燃烧室内壁。这种方法会严重干扰发动机涡轮叶片表能结构一体化集成、响应迅速、热容量小等特点，面和燃烧室的气流状态，造成测试数据严重失真[3]。另在航空发动机设计与验证试验中具有广阔的应用1种方法是在叶片表面和燃烧室内壁喷涂示温漆，利前景。收稿日期：2014-06-19作者简介：张建国（1970），男，硕士，高级工程师