CN105274475A - 一种膜传感器及其制备方法 - Google Patents

一种膜传感器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105274475A
CN105274475A CN201510840831.4A CN201510840831A CN105274475A CN 105274475 A CN105274475 A CN 105274475A CN 201510840831 A CN201510840831 A CN 201510840831A CN 105274475 A CN105274475 A CN 105274475A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
film
alloy
amorphous
yalo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510840831.4A
Other languages
English (en)
Inventor
马玉玲
陈小霞
朱卫东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongshan Houyuan Electronic Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhongshan Houyuan Electronic Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongshan Houyuan Electronic Technology Co Ltd filed Critical Zhongshan Houyuan Electronic Technology Co Ltd
Priority to CN201510840831.4A priority Critical patent/CN105274475A/zh
Publication of CN105274475A publication Critical patent/CN105274475A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明公开了一种膜传感器及其制备方法，所述膜传感器自基板表面向外依次包括缓冲层、绝缘层、敏感层、防护层；所述基板为Ni基高温合金基板，缓冲层依次包括NiCrAlY合金过渡层、Al2O3热生长层、非晶YAlO过渡层，所述绝缘层材质为Al2O3，所述敏感层材质为TaN，所述防护层材质为Al2O3。本发明在NiCrAlY合金过渡层析铝氧化后，先采用反应溅射的方法沉积一层非晶YAlO？薄膜作为过渡层，然后再进行电子束蒸发沉积Al2O3绝缘层。且非晶YAlO薄膜在化学成分上与NiCrAlY合金层和Al2O3绝缘层均具有相似性，化学键合类型相近，同时非晶YAlO薄膜的热膨胀系数和热导率也处于NiCrAlY合金与Al2O3之间；因此非晶YAlO薄膜可在两者之间形成良好的过渡，有效改善薄膜界面的键合并提高薄膜的附着力。

Description

一种膜传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及于材料及传感技术领域，具体涉及一种膜传感器及其制备方法。
背景技术
航空航天发动机在工作时，涡轮叶片在燃气燃烧所产生的高温、高压等恶劣环境下高速旋转，表面温度急剧上升且会承受变化巨大的各种应力，对涡轮发动机的性能和寿命有着很大的影响。新型发动机为追求更高的推重比，涡轮叶片温度将进一步提高，因此在发动机设计和验证实验中，准确测量涡轮叶片等高温部件表面的温度、应变、热流、气流速度及其分布至关重要。
薄膜传感器具有体积小、响应快、对叶片换热和表面气流无干扰等优点，成为涡轮叶片表面温度及应变测试的首选技术。薄膜传感器由多层复合薄膜组成，首先是在镍基高温合金叶片上采用直流溅射沉积NiCrAlY合金过渡层；然后在真空及1000℃环境下进行析铝并氧化形成Al2O3层；再在上述Al2O3层上采用电子束蒸发沉积约10μm厚的Al2O3绝缘层；然后在Al2O3绝缘层上制备贵金属功能层及最后的保护层。
在制备薄膜传感器的过程中，器件的可靠性和使用寿命很大程度上取决于绝缘层的结构和性能。析铝氧化生成的Al2O3由于铝颗粒表面分布的不均匀会形成不规则的网格状结构，表面平整度较差，严重影响了后续绝缘层的附着力；另一方面，电子束蒸发沉积Al2O3虽然具有成膜速度快、制得的薄膜纯度高等优点，但电子束蒸发沉积的非晶Al2O3呈柱状生长，柱间由于阴影效应会产生较大的间隙，降低了Al2O3绝缘层的致密性，在溅射制备后续贵金属功能层时，金属原子极易穿过绝缘层与下层的合金层导通，导致薄膜传感器失效。因此改善绝缘层的附着力、致密度以及绝缘性能成为提高器件可靠性的关键。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种膜传感器及其制备方法，本发明在析铝氧化形成Al2O3层上先生长一层非晶YAlO薄膜作为过渡层，然后再进行电子束蒸发沉积Al2O3绝缘层，形成复合绝缘层。本发明的非晶YAlO薄膜能改善薄膜传感器绝缘层的附着力和绝缘性能，降低了器件的失效几率，为薄膜传感器在高温恶劣的环境中工作提供了更高的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种膜传感器，所述膜传感器自基板表面向外依次包括缓冲层、绝缘层、敏感层、防护层；所述基板为Ni基高温合金基板，缓冲层依次包括NiCrAlY合金过渡层、Al2O3热生长层、非晶YAlO过渡层，所述绝缘层材质为Al2O3，所述敏感层材质为TaN，所述防护层材质为Al2O3。
一种膜传感器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：合金基板的表面处理：先后采用丙酮、乙醇和去离子水对待测合金基板的表面进行清洗，清洗后置于氮气气氛下干燥；
步骤2：在合金基板上沉积NiCrAlY合金过渡层：采用直流溅射的方法将NiCrAlY合金沉积于经步骤1处理后的合金基板上、作为过渡层，得到带NiCrAlY合金过渡层的复合基板；
步骤3：Al2O3热生长层的制备：将经步骤2处理后得到的复合基板置于真空热处理炉内，在10-3Pa以下的真空环境及800～1200℃温度条件下析铝处理1～10h；然后，保持800～1200℃温度并通入氧气至常压，氧化处理1～10h、随炉冷却至室温，得到带NiCrAlY合金过渡层及析铝氧化Al2O3热生长层的复合基板；
步骤4：非晶YAlO过渡层的制备：以钇铝合金靶为靶材，其中钇和铝的原子比为1：(1～20)，在氧气和氩气的流量比为1：(1.2～10)、溅射气压为0.2～10Pa、溅射功率为100～300W、溅射温度为200～600℃的条件下，采用反应溅射的方法在经步骤3处理后得到的复合基板上沉积厚度为0.5～2μm的非晶YAlO薄膜、作为过渡层；
步骤5：Al2O3绝缘层的制备：将经步骤4处理所得的复合基板置于真空气氛及200～500℃温度条件下，采用电子束蒸发的方法蒸镀Al2O3绝缘层，Al2O3绝缘层的厚度为1～10μm；
步骤6：敏感层及Al2O3保护层的制备：将步骤5得到的复合基板置于真空腔体中，采用射频磁控溅射的方法在Al2O3绝缘层上制备敏感层；然后在真空气氛及400℃温度下、采用电子束蒸发的方法在Al2O3绝缘层和敏感层的表面蒸镀Al2O3、作为保护层；从而得到本发明所述膜传感器。
本发明的有益效果为：本发明在NiCrAlY合金过渡层析铝氧化后，先采用反应溅射的方法沉积一层非晶YAlO薄膜作为过渡层，然后再进行电子束蒸发沉积Al2O3绝缘层。由于溅射制备得到的非晶YAlO薄膜具有较小的颗粒尺寸，可以填充析铝氧化处理后不规则的薄膜表面，改善薄膜的表面平整度；且非晶YAlO薄膜在化学成分上与NiCrAlY合金层和Al2O3绝缘层均具有相似性，化学键合类型相近，同时非晶YAlO薄膜的热膨胀系数和热导率也处于NiCrAlY合金与Al2O3之间；因此非晶YAlO薄膜可在两者之间形成良好的过渡，有效改善薄膜界面的键合并提高薄膜的附着力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中1、基板；2、NiCrAlY合金过渡层；3、Al2O3热生长层；4、非晶YAlO过渡层；5、绝缘层；6、敏感层；7、防护层。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
一种膜传感器，所述膜传感器自基板1表面向外依次包括缓冲层、绝缘层5、敏感层6、防护层7；所述基板1为Ni基高温合金基板1，缓冲层依次包括NiCrAlY合金过渡层2、Al2O3热生长层3、非晶YAlO过渡层4，所述绝缘层5材质为Al2O3，所述敏感层6材质为TaN，所述防护层7材质为Al2O3。
一种膜传感器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：合金基板1的表面处理：先后采用丙酮、乙醇和去离子水对待测合金基板1的表面进行清洗，清洗后置于氮气气氛下干燥；
步骤2：在合金基板1上沉积NiCrAlY合金过渡层：采用直流溅射的方法将NiCrAlY合金沉积于经步骤1处理后的合金基板1上、作为过渡层，得到带NiCrAlY合金过渡层的复合基板1；
步骤3：Al2O3热生长层3的制备：将经步骤2处理后得到的复合基板1置于真空热处理炉内，在10-3Pa以下的真空环境及800～1200℃温度条件下析铝处理1～10h；然后，保持800～1200℃温度并通入氧气至常压，氧化处理1～10h、随炉冷却至室温，得到带NiCrAlY合金过渡层及析铝氧化Al2O3热生长层3的复合基板1；
步骤4：非晶YAlO过渡层的制备：以钇铝合金靶为靶材，其中钇和铝的原子比为1：(1～20)，在氧气和氩气的流量比为1：(1.2～10)、溅射气压为0.2～10Pa、溅射功率为100～300W、溅射温度为200～600℃的条件下，采用反应溅射的方法在经步骤3处理后得到的复合基板1上沉积厚度为0.5～2μm的非晶YAlO薄膜、作为过渡层；
步骤5：Al2O3绝缘层5的制备：将经步骤4处理所得的复合基板1置于真空气氛及200～500℃温度条件下，采用电子束蒸发的方法蒸镀Al2O3绝缘层5，Al2O3绝缘层5的厚度为1～10μm；
步骤6：敏感层6及Al2O3保护层的制备：将步骤5得到的复合基板1置于真空腔体中，采用射频磁控溅射的方法在Al2O3绝缘层5上制备敏感层6；然后在真空气氛及400℃温度下、采用电子束蒸发的方法在Al2O3绝缘层5和敏感层6的表面蒸镀Al2O3、作为保护层；从而得到本发明所述膜传感器。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (2)

1.一种膜传感器，所述膜传感器自基板（1）表面向外依次包括缓冲层、绝缘层（5）、敏感层（6）、防护层（7）；其特征在于：所述基板（1）为Ni基高温合金基板（1），缓冲层依次包括NiCrAlY合金过渡层（2）、Al2O3热生长层（3）、非晶YAlO过渡层（4），所述绝缘层（5）材质为Al2O3，所述敏感层（6）材质为TaN，所述防护层（7）材质为Al2O3。
2.根据权利要求1所述的膜传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：合金基板（1）的表面处理：先后采用丙酮、乙醇和去离子水对待测合金基板（1）的表面进行清洗，清洗后置于氮气气氛下干燥；
步骤2：在合金基板（1）上沉积NiCrAlY合金过渡层：采用直流溅射的方法将NiCrAlY合金沉积于经步骤1处理后的合金基板（1）上、作为过渡层，得到带NiCrAlY合金过渡层的复合基板（1）；
步骤3：Al2O3热生长层（3）的制备：将经步骤2处理后得到的复合基板（1）置于真空热处理炉内，在10-3Pa以下的真空环境及800～1200℃温度条件下析铝处理1～10h；然后，保持800～1200℃温度并通入氧气至常压，氧化处理1～10h、随炉冷却至室温，得到带NiCrAlY合金过渡层及析铝氧化Al2O3热生长层（3）的复合基板（1）；
步骤4：非晶YAlO过渡层的制备：以钇铝合金靶为靶材，其中钇和铝的原子比为1：(1～20)，在氧气和氩气的流量比为1：(1.2～10)、溅射气压为0.2～10Pa、溅射功率为100～300W、溅射温度为200～600℃的条件下，采用反应溅射的方法在经步骤3处理后得到的复合基板（1）上沉积厚度为0.5～2μm的非晶YAlO薄膜、作为过渡层；
步骤5：Al2O3绝缘层（5）的制备：将经步骤4处理所得的复合基板（1）置于真空气氛及200～500℃温度条件下，采用电子束蒸发的方法蒸镀Al2O3绝缘层（5），Al2O3绝缘层（5）的厚度为1～10μm；
步骤6：敏感层（6）及Al2O3保护层的制备：将步骤5得到的复合基板（1）置于真空腔体中，采用射频磁控溅射的方法在Al2O3绝缘层（5）上制备敏感层（6）；然后在真空气氛及400℃温度下、采用电子束蒸发的方法在Al2O3绝缘层（5）和敏感层（6）的表面蒸镀Al2O3、作为保护层；从而得到本发明所述金属基薄膜传感器。
CN201510840831.4A 2015-11-27 2015-11-27 一种膜传感器及其制备方法 Pending CN105274475A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510840831.4A CN105274475A (zh) 2015-11-27 2015-11-27 一种膜传感器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510840831.4A CN105274475A (zh) 2015-11-27 2015-11-27 一种膜传感器及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105274475A true CN105274475A (zh) 2016-01-27

Family

ID=55144290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510840831.4A Pending CN105274475A (zh) 2015-11-27 2015-11-27 一种膜传感器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105274475A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105970168A (zh) * 2016-07-04 2016-09-28 电子科技大学 一种薄膜传感器用复合绝缘层及其制备方法
CN106756848A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 电子科技大学 一种金属基高温组合绝缘层及其制备方法
CN112261743A (zh) * 2020-10-21 2021-01-22 云南中烟工业有限责任公司 原位生成氧化铝绝缘层的Ni基厚膜发热元件及其制备方法
CN112853295A (zh) * 2021-01-07 2021-05-28 中北大学 一种氧离子注入构建薄膜传感器渐变过渡结构的制备方法
CN114152278A (zh) * 2021-10-20 2022-03-08 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种无源lc温度-转速复合传感器及发动机轴承在线监测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103486961A (zh) * 2013-05-31 2014-01-01 电子科技大学 带有薄膜传感器的构件及制备方法
CN104149416A (zh) * 2014-08-22 2014-11-19 电子科技大学 一种金属基高温绝缘层及其制备方法
CN104726862A (zh) * 2015-03-10 2015-06-24 电子科技大学 一种带复合绝缘层的金属基薄膜传感器及其制备方法
CN104789926A (zh) * 2015-03-10 2015-07-22 电子科技大学 一种金属基薄膜传感器的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103486961A (zh) * 2013-05-31 2014-01-01 电子科技大学 带有薄膜传感器的构件及制备方法
CN104149416A (zh) * 2014-08-22 2014-11-19 电子科技大学 一种金属基高温绝缘层及其制备方法
CN104726862A (zh) * 2015-03-10 2015-06-24 电子科技大学 一种带复合绝缘层的金属基薄膜传感器及其制备方法
CN104789926A (zh) * 2015-03-10 2015-07-22 电子科技大学 一种金属基薄膜传感器的制备方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105970168A (zh) * 2016-07-04 2016-09-28 电子科技大学 一种薄膜传感器用复合绝缘层及其制备方法
CN105970168B (zh) * 2016-07-04 2018-07-27 电子科技大学 一种薄膜传感器用复合绝缘层及其制备方法
CN106756848A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 电子科技大学 一种金属基高温组合绝缘层及其制备方法
CN112261743A (zh) * 2020-10-21 2021-01-22 云南中烟工业有限责任公司 原位生成氧化铝绝缘层的Ni基厚膜发热元件及其制备方法
CN112261743B (zh) * 2020-10-21 2022-08-12 云南中烟工业有限责任公司 原位生成氧化铝绝缘层的Ni基厚膜发热元件及其制备方法
CN112853295A (zh) * 2021-01-07 2021-05-28 中北大学 一种氧离子注入构建薄膜传感器渐变过渡结构的制备方法
CN114152278A (zh) * 2021-10-20 2022-03-08 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种无源lc温度-转速复合传感器及发动机轴承在线监测方法
CN114152278B (zh) * 2021-10-20 2023-05-05 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种无源lc温度-转速复合传感器及发动机轴承在线监测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101894904B (zh) 一种金属基薄膜热电偶及其生产方法
CN105274475A (zh) 一种膜传感器及其制备方法
CN104726862B (zh) 一种带复合绝缘层的金属基薄膜传感器及其制备方法
CN106498355B (zh) 一种高温薄膜传感器用抗氧化复合防护层及其制造方法
CN103266320B (zh) 一种抗高温氧化薄膜传感器及其生产方法
CN105970168B (zh) 一种薄膜传感器用复合绝缘层及其制备方法
CN102212823B (zh) 在合金基板上设置薄膜传感器的方法
CN107012425B (zh) 一种薄膜传感器用复合绝缘层及其制备方法
CN104149416B (zh) 一种金属基高温绝缘层及其制备方法
CN100523241C (zh) 抗高温氧化的镍-铝-镝粘结层材料及其制备
CN107267944B (zh) 具有温度自补偿的高温薄膜半桥式电阻应变计及制备方法
CN110987215A (zh) 一种检测热障涂层隔热效果的薄膜温度传感器
CN104789926B (zh) 一种金属基薄膜传感器的制备方法
Liu et al. Influence of a heterolayered Al2O3–ZrO2/Al2O3 ceramic protective overcoat on the high temperature performance of PdCr thin film strain gauges
CN113174569B (zh) 制备晶面择优取向氧化铟锡-氧化铟锌薄膜热电偶的方法
CN106338347A (zh) 一种高温声表面波传感器的叉指电极材料及其制备方法
CN109930124A (zh) 一种应用于探头表面高温导电耐蚀Ti-Nb-Ta合金薄膜材料及其制备方法
CN103215556B (zh) 一种组合式光谱选择性吸收膜层快速沉积工艺
CN103921500A (zh) 一种薄膜应变计及其制备方法
CN106756848B (zh) 一种金属基高温组合绝缘层及其制备方法
CN205231118U (zh) 一种具有强附着力的压电陶瓷器件电极结构
CN103434209B (zh) 一种新型的低热导率和耐高温热障涂层及其制备方法
CN113755793B (zh) 一种薄膜传感器用抗氧化自修复防护层及其制备方法
CN207862436U (zh) 碳-过渡金属硼化物复合涂层和切削工具
CN113862673A (zh) 发动机叶片薄膜传感器用高温绝缘层及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160127