基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于航天傳感器領域，具體涉及一種用于測量C/C復合材料線燒蝕量的燒蝕傳感器。
【背景技術】
[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定的力學特性，需要采用C/C復合材料(碳/碳復合材料)制作結構部件。這些結構部件在工作中將要承受惡劣的工作環境，如高溫、強氧化以及強振動、強風阻等復雜力學載荷的環境，為此通過試驗獲得飛行狀態下高溫結構材料的實際結構特性就成為解決問題的關鍵。現有技術中，在諸多測試需求中，高溫結構材料的燒蝕測試是目前較為突出的需求，這是因為在飛行器飛行狀態下，對其外表面的燒蝕厚度進行實時測量，從而獲得飛行器工作狀態下外表面燒蝕率隨時間的變化關系，對于飛行器的飛行安全和結構設計是十分必要的。但是，由于飛行狀態下測試條件的苛刻以及飛行器殼體結構的復雜性等原因，使得目前本領域對燒蝕厚度的實時測量具有相當大的難度，而以往公知的諸如超聲波測厚、射線測厚、熱電偶靶線測厚等方法在實際應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時測量的要求。這就使得研制可滿足高分辨率、高精度要求的燒蝕測量傳感器具有非常重要的現實意義。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于對現有技術存在的問題加以解決，提供一種基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器，該傳感器具有對非金屬材料的線燒蝕量進行實時在線測量的特點，同時還具有高分辨率、高測量精度的特點。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用如下的技術解決方案:
[0005]—種基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器，包括一個內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在基底材料上，引線的一端與金屬絲柵連接，另一端自外殼向外引出，將的信號傳接至信號調理模塊，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在基底材料上形成金屬膜，再經過刻蝕工藝將鍍在基底材料上的金屬膜刻蝕形成的金屬絲柵。
[0007]上述基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器中，金屬絲柵為采用熔點與被測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的燒蝕傳感器中，在金屬絲柵的表面再鍍有一層S12保護膜。
[0009]上述基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器中，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的燒蝕傳感器中，外殼為一個一端封閉的中空筒殼，燒蝕傳感器敏感組件置于殼內，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的燒蝕傳感器中，外殼采用熔點與被測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的燒蝕傳感器中，填充物為Al2O3粉末。
[0013]與現有技術相比，本發明所述的基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器具有如下優占.V.
[0014]1、本發明具有對非金屬材料的線燒蝕量進行實時在線測量的特點，實際測量應用時，當C/C復合材料隨著溫度升高開始燒蝕時，該燒蝕傳感器的金屬絲柵會隨著燒蝕層的推移而發生熔斷，導致金屬絲柵條數上的減少，進而導致金屬絲柵的阻值會隨著燒蝕層的變化而發生變化，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，如此即可實現對C/C復合材料線燒蝕量的連續測量，同時可以通過實時監測燒蝕傳感器的電壓變化來實現對C/C復合材料燒蝕情況的實時測量；
[0015]2、在C/C復合材料的燒蝕過程中，本發明所述基于金屬濺射薄膜的燒蝕傳感器的輸出信號大小與C/C復合材料線燒蝕量的變化成正比例關系，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試C/C復合材料的燒蝕溫度進行確定；
[0016]3、本發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的寬度，因此可以大大提高傳感器的分辨率及測量精度；
[0017]4、本發明所述基于金屬濺射薄膜的燒蝕傳感器產品的外形尺寸很小，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復合材料上打Φ 2mm的安裝孔，對飛行器的C/C復合材料整體結構(被測體)本身的破壞很小，對安裝空間的要求也很小，優于現有測量原理的大于OlOmm的安裝孔；
[0018]5、在本發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、本發明所述基于金屬濺射薄膜的燒蝕傳感器可以事先對待測的C/C復合材料進行相關試驗，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，保證在待測C/C復合材料發生燒蝕時金屬絲柵的熔斷界面與其燒蝕界面一致；
[0020]7、本發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為本發明一個具體實施例的結構示意圖。
[0022]圖2為本發明的橫截面結構示意圖。
[0023]圖3為本發明金屬絲柵的結構示意圖。
[0024]圖中各標號的名稱分別是: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保護膜。
【具體實施方式】
[0025]參見附圖，本發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為一個由金屬材料制成的一端封閉的中空筒殼，外殼材料的熔點與被測燒蝕材料燒蝕溫度相近。外殼2的長度比燒蝕傳感器敏感組件I的長度要長，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，首先通過金屬派射薄膜工藝將金屬鍍在基底材料Ib上，形成金屬膜，再經過刻蝕工藝將鍍在基底材料Ib上的金屬膜進行刻蝕，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保護膜5，可以起到對金屬絲柵的熱防護作用，防止金屬絲柵過早、過快氧化。基底材料Ib為Al2O3陶瓷基片，Al2O3陶瓷基片表面質量可以被處理到100埃以內，利于通過金屬濺射薄膜工藝將金屬絲柵Ia鍍在其表面，同時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，同時顆粒細小，能保證填充密實，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復合材料的燒蝕界面同步。
[0026]本發明的制作過程是:將燒蝕傳感器敏感組件I插入外殼2內，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的信號傳至信號調理模塊，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]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器，其特征在于:包括一個內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在基底材料(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.根據權利要求1所述的基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器，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在基底材料(Ib)上形成金屬膜，再經過刻蝕工藝將鍍在基底材料(I b)上的金屬膜刻蝕形成的金屬絲柵。3.根據權利要求1或2所述的基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器，其特征在于:所述的金屬絲柵(Ia)為采用熔點與被測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.根據權利要求1或2所述的基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器，其特征在于:在金屬絲柵(Ia)的表面再鍍有一層S12保護膜(5)。5.根據權利要求1所述的基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器，其特征在于:所述的基底材料(Ib)采用Al2O3陶瓷基片制成。6.根據權利要求1所述的基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器，其特征在于:所述的外殼(2)為一個一端封閉的中空筒殼，燒蝕傳感器敏感組件置于殼內，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.根據權利要求1或6所述的基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器，其特征在于:所述的外殼(2)采用熔點與被測燒蝕材料燒蝕溫度相近的金屬材料制成。8.根據權利要求1所述的基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器，其特征在于:所述的填充物⑶為Al2O3粉末。
【專利摘要】本發明涉及一種基于金屬濺射薄膜技術的燒蝕傳感器，包括一個內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在基底材料上，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傳接至信號調理模塊，在外殼與燒蝕傳感器敏感組件之間塞置有填充物。本發明的特點是可實現對C/C復合材料的線燒蝕量進行實時在線測量，輸出信號大小與C/C復合材料線燒蝕量的變化成正比例關系，同時分辨率高、測量精度高，對被測材料本體的破壞也很小。
【IPC分類】G01B7/06
【公開號】CN105444661
【申請號】CN201510990668
【發明人】李煒, 孔凡玲
【申請人】陜西電器研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月25日