[发明专利]一种薄膜烧蚀传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于烧蚀传感器技术领域，具体涉及一种基于微机械加工技术的薄膜烧蚀传感器及其制备方法。更具体地说，本发明涉及一种薄膜烧蚀传感器及其制备方法，通过薄膜电阻实现绝热层烧蚀速率的测量，这种薄膜烧蚀传感器制造工艺简单，具有较高的测量精度。

背景技术

绝热层主要应用于固体火箭发动机、再入大气飞行器等航天器的防热保护中，绝热层性能的好坏直接影响到发动机工作的可靠性，甚至影响到火箭发射的成败。

绝热层的工作环境十分恶劣，它要经受高温高压燃气的烧蚀和凝相颗粒的冲刷，严重时会导致内绝热层防护失效，发动机壳体烧穿，造成发动机失效。因此，绝热层厚度及其几何形状等直接影响到固体火箭发动机结构可靠性，而绝热层的设计是由其烧蚀情况来确定的，绝热层材料烧蚀特性是绝热层设计的重要参考依据之一，烧蚀传感器是测量绝热层材料烧蚀特性的特种传感器。

目前，绝热层的烧蚀率一般通过测量总的烧蚀厚度和烧蚀时间确定，只能得到绝热层的平均烧蚀率，不能完全反映真实的烧蚀过程。专利CN102183196A介绍了一种连续测量烧蚀传感器，采用绕线工艺将金属电阻丝均匀密绕在涂覆有填充材料的芯线上，金属电阻丝绕线与芯线之间通过填充材料实现绝缘隔离，当传感器随着绝热层烧蚀时，填充材料碳化并形成导电碳化层，传感器的输出阻值随填充材料烧蚀长度的不断变化而变化，从而测得绝热层烧蚀厚度。据称这种传感器可以实现绝热层烧蚀厚度的连续测量，提高了测量精度。但该专利技术存在以下缺点：

a)       传感器敏感组件制备过程需要将金属绕线均匀缠绕在预涂覆有填充材料的芯线上，其中填充材料通过酚醛树脂和硅微粉的混合胶液烧结固化形成，传感器生产工艺复杂。

b)       传感器敏感组件包括引线、芯线、绝缘座、毛细管、绕线和填充材料等，该传感器结构复杂，降低了传感器在恶劣环境下工作的可靠性水平。

c)       传感器敏感组件制备过程需通过涂覆胶液、烧结固化、金属丝绕线等工艺过程，生产工艺复杂，生产成本高，生产周期长。

发明内容

本发明旨在针对现有技术烧蚀传感器生产工艺复杂、传感器可靠性水平不高等方面的缺陷，提供一种薄膜烧蚀传感器及其制备方法，该传感器生产工艺简单成熟，具有良好的抗环境干扰能力和可靠性水平。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

所述薄膜烧蚀传感器1包括基底2，设于基底2上的过渡层3，设于过渡层3上的烧蚀电阻4；所述烧蚀电阻4上设有保护膜6；所述烧蚀电阻4是由两个以上的电阻构成的电阻序列；所述电阻包括引线焊接盘区5；所述引线焊接盘区5通过引线10与转接板13连接；所述基底2上设有高度调节孔9；

其中，所述基底2材料为硅片、Al₂O₃陶瓷、硼硅玻璃中的至少一种，其直径为50mm～150mm，厚度0.5mm～1mm；所述过渡层（3）材料为Ta₂O ₅，厚度为0.05μm～0.1μm；所述烧蚀电阻4材料为金属材料，优选为Au，其厚度为0.2μm～0.5μm；所述保护膜6为电介质材料，优选为SiO₂，厚度为0.1μm~0.2μm。所述高度调节孔9为1.6mm×10mm 通孔。进一步地，所述烧蚀电阻4由不少于两列的多列电阻构成，薄膜烧蚀电阻序列间隔作为影响烧蚀传感器测量精度的决定性因素之一，可根据产品特性与要求决定薄膜电阻序列之间的间隔值，以获取不同的产品性能，上述薄膜烧蚀电阻序列的间隔优选为≤500μm。

上述薄膜烧蚀传感器的制备方法，包括如下步骤：

（1）清洗基底，去除基底表面油污及杂质；

（2）在基底表面沉积过渡层薄膜，在过渡层上淀积烧蚀电阻薄膜，过渡层薄膜用以增强烧蚀电阻薄膜与基底层的结合力；

（3）在步骤（2）形成的烧蚀电阻薄膜上刻蚀出烧蚀电阻；

（4）在步骤（3）制备的烧蚀电阻上沉积出烧蚀电阻保护膜；

（5）在经步骤（1）至（4）处理后的基底表面制作高度调节孔；

（6）切片制得薄膜烧蚀传感器；

（7）将薄膜烧蚀传感器上烧蚀电阻的引线焊接盘区通过引线与转接板连接。