CN109916526A - 一种用于涡轮叶片上ito薄膜热电偶电信号引出的背引线结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮叶片上薄膜热电偶电信号引出的背引线结构及制作方法。为实现在涡轮叶片表面上薄膜热电偶信号的稳定引出，该引线连接方式由引线、陶瓷管、复合绝缘层、导电浆料和粘结剂组成。其中引线连接点位于涡轮叶片叶根前缘隔板处。为保证引线及热电偶薄膜与通孔处的电绝缘，采用由复合绝缘膜层结构。引线穿过通孔，用导电浆料实现引线与薄膜热电偶的电连接，并通过耐高温粘结剂提升薄膜与引线间的连接强度。本发明解决了涡轮叶片上薄膜热电偶引线问题，可实现在高温环境下高强度的薄膜与引线连接，稳定传输电信号。

Description

一种用于涡轮叶片上ITO薄膜热电偶电信号引出的背引线结 构及制备方法

技术领域

本发明涉及一种引线方式，特别涉及一种基于涡轮叶片上薄膜热电偶的引线方式，属于引线固定技术领域。

技术背景

薄膜热电偶是用于涡轮叶片表面温度测量的有效手段，然而，涡轮叶片在工作状态下要承受高温、高压气流的冲刷和强氧化环境的腐蚀，所以对薄膜热电偶引线方式的可靠性提出了较高要求。传统的薄膜信号引出方法如在表面涂覆导电浆料，耐高温能力差，结点尺寸大和可靠性低，限制了其在航空发动机中实际应用。

本发明具有以下优点以及突出性的技术效果：1.引线连接固定牢靠，能够稳定传输电信号；2.连接节点平缓，对流场无过多干扰；3.引线位置远离热端，热冲击较少，延长工作寿命；4.耐高温粘结剂和通孔的保护，避免导线被燃气冲刷，保证电信号的传输；5.引线过程未破坏薄膜热电偶原有的形貌特征，对温度的测量不产生影响。因此，该技术是日后薄膜热电偶在航空发动机涡轮叶片表面温度测量中实际应用的关键。

发明内容

为了解决涡轮叶片上热电偶引线连接耐温能力差、不牢固、传输信号不稳定等问题，本发明提出了一种用于涡轮叶片上薄膜热电偶电信号引出的背引线技术。

为实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于涡轮叶片上ITO薄膜热电偶电信号引出的背引线结构及制备方法，其作用在于解决涡轮叶片表面薄膜热电偶的耐高温背引线电信号传输难题。所述结构具体为：在涡轮叶片表面有一薄膜热电偶(1)，薄膜热电偶电极在涡轮叶片叶根前缘隔板上(2)，电极点处有通孔(3)，所述通孔由内到外依次为：引线(4)、引线表面绝缘层(5)、陶瓷管(6)、绝缘层(7)、粘结层(8)，其中陶瓷管由粘接剂(11)固定在通孔中，绝缘层与粘接层由通孔壁延伸至叶片叶根前缘隔板表面。引线(4)通过导电浆料(9)与薄膜热电偶电极(10)连接，并通过粘结剂(11)固定。

上述用于涡轮叶片上ITO薄膜热电偶电信号引出的背引线结构的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：根据涡轮叶片上薄膜热电偶的电极位置，在涡轮叶片叶根前缘隔板处选择合适的打通孔位置，加工通孔。

步骤2：在通孔处加工出与涡轮叶片基底紧密连接的复合绝缘膜层；

步骤3：用高温粘结剂将陶瓷微管固定在通孔中，保证通孔与引线间的绝缘性；

步骤4：打磨表面具有绝缘层的引线端部，并将其穿过通孔搭接至薄膜热电偶电极上；

步骤5：将耐高温导电浆料涂覆至薄膜热电偶电极与耐高温引线上，实现薄膜热电偶电极与引线的电连接；

步骤6：在固化的导电浆料表面涂覆耐高温粘结剂，提高电连接点处的连接强度，在通孔另一侧涂覆耐高温粘结剂提高引线与通孔间连接强度。

本发明的有意效果：1)采用由粘结层和绝缘层制备的复合绝缘膜层，以保证薄膜热电偶与涡轮叶片基底在高温环境下的绝缘性。其中，粘结层用于提升绝缘层与叶片基底间的粘结性能，并降低热应力，绝缘层则用于保证薄膜引线与叶片间的绝缘性。2)为实现通孔与引线间的绝缘性，用粘结剂将绝缘陶瓷微管固定在通孔中，使通孔绝缘，防止电信号泄露。3)将带绝缘层的引线穿过通孔，打磨去除引线需要电连接处表面绝缘层。通过导电浆料实现引线与薄膜热电偶电极间的电连接。4)在导电浆料表面涂覆耐高温粘结剂，用于提高引线出的连接强度，通孔的另外一端用耐高温粘结剂固定引线，提高引线与通孔间的连接强度。5)本发明在制备具有绝缘层的引线过程中，更有方案是将镍引线置于800℃以上高温炉中保温超过4小时，引线表面会形成一层致密的薄膜达到绝缘的效果。

本发明解决了涡轮叶片上薄膜热电偶引线问题，可实现在高温环境下高强度的薄膜与引线连接，稳定传输电信号。

附图说明

图1为实施例中涡轮叶片上薄膜热电偶电信号引出的背引线技术具体实施流程示意图；

图2为实施例中背引线在涡轮叶片表面加工位置示意图；

图3为实施例中背引线引线引出的具体结构示意图。

图中，1-薄膜热电偶，2-涡轮叶片叶根前缘隔板，3-通孔，4-引线，5-引线表面绝缘层，6-陶瓷管，7-绝缘层，8-粘结层，9-导电浆料，10-薄膜热电偶电极(10)，11-粘接剂。

具体实施方式

本发明的一个实施案例为一种用于涡轮叶片上ITO薄膜热电偶电信号引出的背引线结构及制备方法。

其具体的结构为：在涡轮叶片表面有ITO薄膜热电偶(1)，在涡轮叶片叶根前缘隔板上(2)，薄膜热电偶电极输出点处有直径为1mm通孔(3)，所述通孔由内到外依次为：直径为200μm的镍引线(4)、镍引线表面绝缘层(5)、直径为500μm的氧化铝陶瓷管(6)、100-120μm厚度的YSZ绝缘层(7)、500nm厚度的NiCrAlY粘接层(8)，其中陶瓷管由耐高温水泥Respond919(11)固定在通孔中，绝缘层与粘接层由通孔壁延伸至叶片叶根前缘隔板表面。镍引线(4)通过铂浆(9)与ITO薄膜热电偶电极(10)连接，并通过耐高温水泥Respond919固定(11)。上述用于涡轮叶片上ITO薄膜热电偶电信号引出的背引线结构的制备方法，包括如下步骤：

第一步，根据薄膜热电偶电极在涡轮叶片叶根前缘隔板上的实际位置，设计合适的背引线加工位置；通过电火花加工出直径为1mm的通孔；

第二步，在涡轮叶片表面加工出厚度为500nm的NiCrAlY和厚度为100-120μm的YSZ复合绝缘膜层；采用磁控溅射技术制备出NiCrAlY粘接层，其制备参数为反应室背景气压为8×10^-4Pa，其工作气氛为1.5Pa氩气，溅射功率为300W，溅射时间0.5h。采用等离子喷涂技术制备YSZ薄膜，其制备参数为送粉气体压力为5.715Bar，氩气流量135SCFH，预热H₂时间，9分钟，喷涂距离97mm，转速200转/分。通过以上步骤，可实现在涡轮叶片表面复合绝缘层的制备。

第三步，在通孔中插入直径为500μm的氧化铝陶瓷管，并通过高温水泥Respond919固定；

第四步，将直径为200μm镍引线在800℃下保温4h，获取表面绝缘的引线；对镍引线需要电连接的位置进行打磨，去除其表面绝缘层；

第五步，将镍引线穿过通孔，搭接至薄膜热电偶电极上，将铂浆涂覆至薄膜热电偶电极与引线连接处，常温静置24h，100℃静置24h，实现固化；

第六步，在导电浆料表面及通孔背面涂覆高温水泥Respond919，提高电连接点处的连接强度。

Claims (3)

1.一种用于涡轮叶片上ITO薄膜热电偶电信号引出的背引线结构及制备方法，其特征在于，在涡轮叶片表面有一薄膜热电偶(1)，薄膜热电偶电极在涡轮叶片叶根前缘隔板上(2)，电极点处有通孔(3)，所述通孔由内到外依次为：引线(4)、引线表面绝缘层(5)、陶瓷管(6)、绝缘层(7)、粘结层(8)，其中陶瓷管由粘接剂(11)固定在通孔中，绝缘层与粘接层由通孔壁延伸至叶片叶根前缘隔板表面。引线(4)通过导电浆料(9)与薄膜热电偶电极(10)连接，并通过粘结剂(11)固定。

2.如权利要求1所述的用于涡轮叶片上ITO薄膜热电偶电信号引出的背引线结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据涡轮叶片上薄膜热电偶的电极位置，在涡轮叶片叶根前缘隔板处选择合适的打通孔位置，加工通孔；

步骤2：在通孔处加工出与涡轮叶片基底紧密连接的复合绝缘膜层；

步骤3：用高温粘结剂将陶瓷微管固定在通孔中，保证通孔与引线间的绝缘性；

步骤4：打磨表面具有绝缘层的引线端部，并将其穿过通孔搭接至薄膜热电偶电极上；

步骤5：将耐高温导电浆料涂覆至薄膜热电偶电极与耐高温引线上，实现薄膜热电偶电极与引线的电连接；

步骤6：在固化的导电浆料表面涂覆耐高温粘结剂，提高电连接点处的连接强度，在通孔另一侧涂覆耐高温粘结剂提高引线与通孔间连接强度。

3.如权利要求2所述的用于涡轮叶片上ITO薄膜热电偶电信号引出的背引线结构的制备方法，其特征在于，所述步骤4中表面具有绝缘层的引线的制备过程为：将镍引线置于800℃以上高温炉中保温超过4小时，引线表面形成一层致密的薄膜达到绝缘的效果。