[发明专利]一种基于表面微柱阵列的气膜复合钨铼合金薄膜热电偶

说明书

本发明公开了一种基于表面微柱阵列的气膜复合钨铼合金薄膜热电偶，钨铼合金薄膜热电偶设置在平面氧化铝陶瓷基底的表面，钨铼合金薄膜热电偶的尾部分别连接对应的金属引线；钨铼合金薄膜热电偶的表面阵列排布若干微米微柱形成氧化铝微柱阵列，微米微柱的中间填充空气形成气膜孔，平面氧化铝陶瓷基底、钨铼合金薄膜热电偶和氧化铝微柱阵列形成三层叠层结构。本发明方案合理，结构简单，容易实现，能充分发挥微结构气膜孔定向流动的优势。

技术领域

本发明属于技术领域，具体涉及一种基于表面微柱阵列的气膜复合钨铼合金薄膜热电偶。

背景技术

早期的热电偶发明于1821年，在那之后热电偶温度传感器在蒸汽温度测量、对爆炸产物的热响应、供暖、测高温物体表面温度等领域中取得了很大的成功。基于MEMS技术的新型热电偶结构，进来被广泛提及，它的结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等优点。

现有利用钨铼合金和氧化铝陶瓷制备薄膜热电偶，满足了长时间高温下温度测量的同时，还兼具了微型化的特点，解决了现有技术中存在的问题——如实现了大塞贝克系数材料的温度传感器并使热应力匹配，且可以达到防氧化的效果。该结构可以用于空气环境的高温温度测量。但是用于高温钢水温度检测时，由于钢水易附着在薄膜表面，甚至固化形成钢，造成薄膜表面厚度在使用过程中急剧上升，热阻显著增大，难以使用。

还有类似薄膜热电偶温度传感器，在没有封装的情况下难以直接长时间测量刚水温度。如果增加封装壳体，又会大量增加响应时间，造成传感器响应慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于表面微柱阵列的气膜复合钨铼合金薄膜热电偶，解决了现有技术中存在的问题——钢水附着增大热阻，封装壳体减慢响应速度，无法快响应长时间测量钢水温度。

本发明采用以下技术方案：

一种基于表面微柱阵列的气膜复合钨铼合金薄膜热电偶，包括平面氧化铝陶瓷基底，钨铼合金薄膜热电偶设置在平面氧化铝陶瓷基底的表面，钨铼合金薄膜热电偶的尾部分别连接对应的金属引线；钨铼合金薄膜热电偶的表面阵列排布若干微米微柱形成氧化铝微柱阵列，微米微柱的中间填充空气形成气膜孔，平面氧化铝陶瓷基底、钨铼合金薄膜热电偶和氧化铝微柱阵列形成三层叠层结构。

具体的，微米微柱的中部设置有第一圆柱体，第一圆柱体的一端与钨铼合金薄膜热电偶连接，另一端覆盖第二圆柱体形成阶梯轴结构。

进一步的，第一圆柱体的直径为2μm±10％，高度为4.5μm±10％，第二圆柱体的直径为2.5μm±10％，高度为0.5μm±10％。

具体的，微米微柱的中心间隔为6μm±5％。

具体的，微米微柱的高度为5μm±8％。

具体的，钨铼合金薄膜热电偶包括正极和负极，正极和负极的一端连接，连接处的正极设置在负极的上方。

进一步的，钨铼合金薄膜热电偶为V字型结构薄膜，正极和负极连接形成的夹角为5°±10％。

进一步的，正极采用质量分数97％的钨和质量分数3％的铼制备而成，负极采用质量分数75％的钨和质量分数25％的铼制备而成。

具体的，钨铼合金薄膜热电偶的表面均匀度在8％～10％。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于表面微柱阵列的气膜复合钨铼合金薄膜热电偶，钨铼合金薄膜热电偶的表面阵列排布若干微米微柱形成氧化铝微柱阵列，靠表面微柱阵列形成大量微小半封闭气膜孔，由于禁锢空气形成的气膜孔处于微尺度下，使得高温流体接触微结构时产生推力，从而形成定向流动，将减少钢水在薄膜表面的附着，从而减弱钢水大量积累在表面造成热阻大幅上升，满足了长时间高温下钢水温度测量的同时，还保持了薄膜测温响应快的特性。