[发明专利]一种以c轴取向的AlN薄膜为传感器的测温方法

说明书

一种以c轴取向的AlN薄膜为传感器的测温方法，包括：(1)以c轴取向的AlN薄膜作为测温传感器，进行不同温度T下的等时退火处理后，再分别测试退火后薄膜的衍射峰半高宽F，得到F‑T标准曲线；(2)将同一批次的AlN薄膜埋设于被测热端部件的表层或表面，并随含被测热端部件的工作系统进行高温运转；(3)取出高温运转后的薄膜，测试其半高宽，通过对比F‑T标准曲线，得到与该衍射峰半高宽值相对应的温度值，即为被测热端部件的最高工作温度。本发明方法简单，无需引线及复杂测试设备，无需现场判读，可用于400～1000℃高温工作区间的温度测试，尤其适用于异型结构部件及高速旋转的测试环境下被测部件温度的测量。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，特别是关于航空发动机涡轮叶片等热端部件表面状态参数测试用的薄膜传感器，具体提供了一种以c轴取向的AlN薄膜为传感器的测温方法。

背景技术

航空发动机是航空发行器的核心部件，其正朝着高推重比、高马赫、高可靠性方向发展，发动机内部涡轮叶片等热端部件的工作环境更加恶劣。涡轮叶片等热端部件表面温度、应力等参量分布情况对发动机的性能和寿命产生重要影响。为了评估热-机械建模与仿真的有效性；验证气膜冷却技术和热障涂层技术的有效性，准确测量发动机涡轮叶片表面、燃烧室内壁等热端部件工作状态下的温度等参数分布情况对发动机的设计、试验及维护等环节至关重要。

在航空发动机温度测试技术领域，目前主要有热电偶、示温漆、红外辐射测温、蓝宝石光纤测温、SiC晶体测温等方法。传统热电偶测温方法难以安装、固定及引线，而且会干扰待测热端部件表面的流场和温度场分布状况，导致温度测量不准确。薄膜热电偶测温即采用薄膜沉积技术，在被测件表面直接沉积薄膜热电偶器件，用于热端部件表面温度的测量。由于其较薄的结构尺寸，使得薄膜热电偶对所处的测量环境的影响较低，也无需对表面进行结构破坏；但是在薄膜热电偶制备过程中高温防护、绝缘层制备等难度较大，并且高温下薄膜易发生开裂脱落等问题。示温漆技术对温度的测试是通过对示温漆颜色的判读，不需要测试引线，也不会对温度场产生干扰，可用于恶劣环境下的测试；但示温漆受测试条件(如环境污染等)影响大，需要借助计算机辅助进行图像识别和判读，增加了测温的复杂性，测试精度低，且非等温线处的温度无法判读。红外辐射测温、蓝宝石光纤测温等光学测温方法测温视场有限，受发射率、光路因子和灰尘等环境因素影响，在实际测量中误差较大，设备复杂，价格昂贵。SiC晶体测温技术本质是利用晶体缺陷的热稳定性，晶体经过高能射线辐照后产生缺陷，这些缺陷会在高温环境下被修复，其修复程度依赖于温度和时间。因此制作该传感器最主要的工序就是辐照，目的是引入具有特定热稳定性的各种缺陷，缺陷破坏了晶体原子周期性排列的特点，即辐照导致晶体晶格从有序性转变为无序性，而且辐照剂量越大，辐照缺陷浓度就越大，无序度就越严重。在申请号为200910069820.5的中国发明专利“一种以中子辐照的碳化硅晶体为传感器的测温方法”中，使用掺有微量氮杂质的6H-SiC作为测温晶体，增加本征缺陷浓度以降低中子辐照剂量要求，但其依然要求辐照总通量不低于10¹⁷/cm²。由此可见，SiC晶体测温技术中子辐照过程不可或缺，辐照处理难度大、成本高昂，并且对人体有一定的辐照伤害；同时，在样品制作过程中切割晶体尺寸为0.2×0.2×0.3mm³，由于切割难度大产生切割偏角等问题，增加了测温的复杂性，影响测试精度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述航空发动机测温技术领域常用测温方法所存在的不足，提出了一种以c轴取向的AlN薄膜为传感器的测温方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种以c轴取向的AlN薄膜为传感器的测温方法，包括以下步骤：