CN107976260A - 热电偶结构及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种热电偶结构及其形成方法，热电偶结构包括：保护套管，所述保护套管具有接触区；位于保护套管接触区外表面的覆盖层，所述覆盖层材料的抗腐蚀性强于保护套管接触区材料的抗腐蚀性；位于保护套管内的测温芯。所述热电偶结构的使用寿命较长。

Description

热电偶结构及其形成方法
技术领域
本发明涉及热电偶技术领域，尤其涉及一种热电偶结构及其形成方法。
背景技术
热电偶是温度测量仪表中一种重要的测温元件。热电偶根据热电效应进行温度的测量。
热电偶通常包括测温芯和保护套管。所述保护套管用于保护测温芯免受工艺气体的腐蚀。
然而，现有的热电偶结构的使用寿命较短。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种热电偶结构及其形成方法，以提高热电偶结构的使用寿命。
为解决上述问题，本发明提供一种热电偶结构，包括：保护套管，所述保护套管具有接触区；位于保护套管接触区外表面的覆盖层，所述覆盖层材料的抗腐蚀性强于保护套管接触区材料的抗腐蚀性；位于保护套管内的测温芯。
可选的，所述保护套管接触区的材料为石英或蓝宝石；所述覆盖层的材料为碳化硅或氮化硼。
可选的，所述保护套管的材料为石英；所述保护套管的中心轴为曲线。
可选的，所述热电偶结构用于测试工作腔内的温度；在所述热电偶结构测试工作腔内的温度时，所述保护套管的接触区置于所述工作腔内。
可选的，所述保护套管还具有与所述接触区邻接的暴露区；在所述热电偶结构测试工作腔内的温度时，所述保护套管的暴露区置于所述工作腔外；所述覆盖层还位于所述保护套管暴露区的外侧壁。
可选的，所述覆盖层的厚度为50um～200um。
本发明还提供一种热电偶结构的形成方法，包括：提供保护套管，所述保护套管具有接触区；提供测温芯；在保护套管接触区外表面形成覆盖层，所述覆盖层材料的抗腐蚀性强于保护套管接触区材料的抗腐蚀性；形成所述覆盖层后，将所述测温芯置于保护套管内。
可选的，所述保护套管接触区的材料为石英或蓝宝石；所述覆盖层的材料为碳化硅或氮化硼。
可选的，所述保护套管的材料为石英；所述保护套管的中心轴为曲线。
可选的，所述热电偶结构用于测试工作腔内的温度；在所述热电偶结构测试工作腔内的温度时，所述保护套管的接触区置于所述工作腔内。
可选的，所述保护套管还具有与所述接触区邻接的暴露区；在所述热电偶结构测试工作腔内的温度时，所述暴露区置于所述工作腔外；所述覆盖层还位于所述保护套管暴露区的外侧壁；形成所述覆盖层的工艺包括化学气相沉积工艺。
可选的，所述覆盖层的厚度为50um～200um。
可选的，所述覆盖层的厚度为50um～200um。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明技术方案提供的热电偶结构中，保护套管接触区外表面具有覆盖层，所述覆盖层材料的抗腐蚀性强于保护套管接触区材料的抗腐蚀性。在热电偶结构测试工作腔内温度的过程中，覆盖层保护接触区的外表面，保护套管接触区不易被工作腔内的工作气体腐蚀，保护套管接触区不易发生穿孔的现象，进而避免测温芯过早失效。综上，使得热电偶结构的使用寿命较长。
本发明技术方案提供的热电偶结构中，在保护套管接触区外表面形成覆盖层，所述覆盖层材料的抗腐蚀性强于保护套管接触区材料的抗腐蚀性。因此，在热电偶结构测试工作腔内温度的过程中，覆盖层保护接触区的外表面，保护套管接触区不易被工作腔内的工作气体腐蚀，保护套管接触区不易发生穿孔的现象，进而避免测温芯过早失效。综上，使得热电偶结构的使用寿命较长。
附图说明
图1是一种热电偶结构的结构示意图；
图2是本发明一实施例中热电偶结构的结构示意图；
图3是本发明一实施例中热电偶结构的使用状态示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术形成的热电偶结构的使用寿命较短。
一种热电偶结构，参考图1，包括：保护套管110；位于保护套管110内的测温芯100。
所述热电偶结构用于测试工作腔内的温度，如测试刻蚀腔体中的温度。刻蚀腔体在进行刻蚀的过程中常采用HCl气体。所述保护套管110在测试刻蚀腔体内温度时，保护套管110的部分外表面和HCl气体接触。
所述保护套管110用于保护测温芯100免受工艺气体的腐蚀。所述保护套管110的材料为石英材料。
一方面，在HCl气体浓度较高的刻蚀环境中，保护套管110的材料容易受到HCl的腐蚀；另一方面，在温度较高的刻蚀环境中，保护套管110的材料容易受到HCl的腐蚀。
一旦保护套管110被腐蚀而发生穿孔，那么刻蚀腔体内的工艺气体就会进入保护套管110内。而测温芯100表面的材料包括金属材料，测温芯100表面的金属材料容易受到工艺气体的腐蚀，导致测温芯100工作失效。
综上，热电偶结构的使用寿命较短。
为了解决上述问题，本发明提供一种热电偶结构，包括：保护套管，所述保护套管具有接触区；位于保护套管接触区外表面的覆盖层，覆盖层材料的抗腐蚀性强于保护套管接触区材料的抗腐蚀性；位于保护套管内的测温芯。所述方法提高了热电偶结构的使用寿命。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
一种热电偶结构，结合参考图2和图3，图2是热电偶结构的结构示意图，图3是热电偶结构的使用状态示意图，包括：
保护套管210，所述保护套管210具有接触区；
位于保护套管210接触区外表面的覆盖层230，所述覆盖层230材料的抗腐蚀性强于保护套管210接触区材料的抗腐蚀性。
位于保护套管210内的测温芯200。
所述热电偶结构用于测试工作腔300内的温度。在所述热电偶结构测试工作腔300内的温度时，所述保护套管210的接触区置于所述工作腔300内。
所述热电偶结构根据热电效应对工作腔300内进行温度测量。
所述保护套管210接触区的材料为石英或蓝宝石。本实施例中，所述保护套管210接触区的材料为石英。
所述保护套管210包括管体区和与管体区连接的管底区。
所述测温芯200包括测温杆和感应部，感应部与测温杆的一端连接，所述感应部用于感应工作腔300中温度。所述感应部由保护套管210的管底区材料包围，测温芯200的部分测温杆被保护套管210的管体区材料包围。
本实施例中，所述保护套管210的中心轴为直线，且保护套管210管体区的侧壁表面与保护套管210的中心轴平行。
在其它实施例中，保护套管的中心轴为曲线。具体的，保护套管管体区的中心轴为曲线。
当保护套管的中心轴为曲线时，热电偶结构具有特定的应用。如，一方面，当需要对工作腔内的某些特定区域进行测温时，在靠近特定区域的工作腔的对应的腔壁外表面，固定有较多的部件结构，没有足够的空间让保护套管从靠近特定区域的工作腔的对应的腔壁穿过，因此，需要让保护套管从工作腔的其它侧壁穿过并延伸至该特定区域，进而对工作腔内的温度进行测试，在此情况下，通常需要采用中心轴为曲线的保护套管；另一方面，特定区域包括拐角处，这时，采用中心轴为直线的保护套管无法延伸至拐角处，因此需要采用中心轴为曲线的保护套管。
需要说明的是，当保护套管的中心轴需要为曲线时，为了降低形成保护套管的工艺难度且降低成本，通常采用石英材料的保护套管。
石英材料的熔点温度较低，较为容易达到。
石英材料在高于熔点的温度下为流体，流体状的石英材料于在限制的空间内容易形成需要形状的结构。
所述测温芯200表面材料为金属。
所述工作腔300为沉积腔室，如炉管工艺腔室或有机金属化学气相沉积工艺腔室。所述工作腔300还可以为刻蚀腔室，如等离子体刻蚀腔室或反应离子刻蚀腔室。
所述覆盖层230的材料为碳化硅或氮化硼。
由于所述覆盖层230材料的抗腐蚀性强于保护套管210接触区材料的抗腐蚀性，因此，在热电偶结构测试工作腔300内温度的过程中，覆盖层230保护接触区的外表面，保护套管210接触区不易被工作腔300内的工作气体腐蚀，保护套管210接触区不易发生穿孔的现象，进而避免测温芯200过早失效，使得热电偶结构的使用寿命较长。
所述覆盖层230材料的化学性能相对于保护套管210接触区材料较为稳定，覆盖层230材料的导热系数高于保护套管210接触区材料的导热系数，覆盖层230材料的热膨胀系数小于保护套管210接触区材料的热膨胀系数。
由于覆盖层230材料的导热系数较高，覆盖层230材料的热膨胀系数较小，因此，在工作腔300升温至温度较高的工作环境的过程中，覆盖层230相对于保护套管210的形变较小，不易发生覆盖层230从保护套管210上脱落的现象，提高了热电偶结构的可靠性。
所述覆盖层230的抗氧化性较强。
具体的，当覆盖层230的材料为碳化硅时，当覆盖层230在含氧气氛中加热至1300摄氏度以上时，覆盖层230的表面会生成二氧化硅材料的保护层，随着保护层的加厚，保护层阻止覆盖层230内部继续被氧化，这样使得覆盖层230具有较高的抗氧化性。当工作腔300内的温度大于1627摄氏度时，覆盖层230表面的二氧化硅保护层才容易被含氧气体破坏，因此覆盖层230在含氧气氛中的最高温度可达到1627摄氏度。
所述工作腔300内采用的气体包括酸性气体或碱性气体，所述酸性气体包括HCl气体、H2SO4气体或HF气体。
当所述覆盖层230的材料为碳化硅时，覆盖层230在所述酸性气体中不易受到腐蚀。当所述覆盖层230的材料为碳化硅时，覆盖层230在酸性气体中的最高温度可达到1300摄氏度。
当所述覆盖层230的材料为碳化硅时，覆盖层230中离子(如碳离子或硅离子)不易挥发，因此降低了对工作腔300的污染。
在一个实施例中，所述覆盖层230的厚度为50um～200um。覆盖层230的厚度选择此范围的意义在于：若所述覆盖层230的厚度大于200um，导致工作腔300中的热量需要经过较厚的覆盖层230传导至保护套管210，因此覆盖层230的热阻较大，不利于工作腔300中的热量传导至保护套管210中；若所述覆盖层230的厚度小于50um，热电偶结构难以满足在要求的工作周期内的正常使用。
在热电偶结构需要满足至少300小时的净工作时间的条件下，覆盖层230的厚度需要大于等于50um。
所述保护套管210还具有与所述接触区邻接的暴露区。在所述热电偶结构测试工作腔300内的温度时，所述保护套管210的暴露区置于所述工作腔300外。
在一个实施例中，所述覆盖层230位于所述接触区的外表面和暴露区的外侧壁。在其它实施例中，所述覆盖层230仅位于接触区的外表面。
所述覆盖层230覆盖接触区的整个外表面。
相应的，本实施例还提供一种形成上述热电偶结构的方法，包括：提供保护套管210，所述保护套管210具有接触区；提供测温芯200；在保护套管210接触区外表面形成覆盖层230，所述覆盖层230材料的抗腐蚀性强于保护套管210接触区材料的抗腐蚀性；形成所述覆盖层230后，将所述测温芯200置于保护套管210内。
所述热电偶结构用于测试工作腔300内的温度。在所述热电偶结构测试工作腔300内的温度时，所述保护套管210的接触区置于所述工作腔300内。
所述保护套管210接触区的材料为石英或蓝宝石；所述覆盖层230的材料为碳化硅或氮化硼。
所述保护套管210还具有与所述接触区邻接的暴露区。在所述热电偶结构测试工作腔300内的温度时，所述保护套管210的暴露区置于所述工作腔300外；所述覆盖层230还位于所述保护套管210暴露区的外侧壁。
形成所述覆盖层230的工艺包括化学气相沉积工艺。
所述保护套管210的材料为石英；所述保护套管210的中心轴为曲线。
所述覆盖层230的厚度为50um～200um。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种热电偶结构，其特征在于，包括：
保护套管，所述保护套管具有接触区；
位于保护套管接触区外表面的覆盖层，所述覆盖层材料的抗腐蚀性强于保护套管接触区材料的抗腐蚀性；
位于保护套管内的测温芯。
2.根据权利要求1所述的热电偶结构，其特征在于，所述保护套管接触区的材料为石英或蓝宝石；所述覆盖层的材料为碳化硅或氮化硼。
3.根据权利要求1所述的热电偶结构，其特征在于，所述保护套管的材料为石英；所述保护套管的中心轴为曲线。
4.根据权利要求1所述的热电偶结构，其特征在于，所述热电偶结构用于测试工作腔内的温度；在所述热电偶结构测试工作腔内的温度时，所述保护套管的接触区置于所述工作腔内。
5.根据权利要求4所述的热电偶结构，其特征在于，所述保护套管还具有与所述接触区邻接的暴露区；在所述热电偶结构测试工作腔内的温度时，所述保护套管的暴露区置于所述工作腔外；所述覆盖层还位于所述保护套管暴露区的外侧壁。
6.根据权利要求1所述的热电偶结构，其特征在于，所述覆盖层的厚度为50um～200um。
7.一种热电偶结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供保护套管，所述保护套管具有接触区；
提供测温芯；
在保护套管接触区外表面形成覆盖层，所述覆盖层材料的抗腐蚀性强于保护套管接触区材料的抗腐蚀性；
形成所述覆盖层后，将所述测温芯置于保护套管内。
8.根据权利要求7所述的热电偶结构的形成方法，其特征在于，所述保护套管接触区的材料为石英或蓝宝石；所述覆盖层的材料为碳化硅或氮化硼。
9.根据权利要求7所述的热电偶结构的形成方法，其特征在于，所述保护套管的材料为石英；所述保护套管的中心轴为曲线。
10.根据权利要求7所述的热电偶结构的形成方法，其特征在于，所述热电偶结构用于测试工作腔内的温度；在所述热电偶结构测试工作腔内的温度时，所述保护套管的接触区置于所述工作腔内。
11.根据权利要求10所述的热电偶结构的形成方法，其特征在于，所述保护套管还具有与所述接触区邻接的暴露区；在所述热电偶结构测试工作腔内的温度时，所述暴露区置于所述工作腔外；所述覆盖层还位于所述保护套管暴露区的外侧壁；形成所述覆盖层的工艺包括化学气相沉积工艺。
12.根据权利要求7所述的热电偶结构的形成方法，其特征在于，所述覆盖层的厚度为50um～200um。
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