[发明专利]一种基于氧化铟复合材料的薄膜热电偶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于氧化铟复合材料的薄膜热电偶及其制备方法，陶瓷基底上对称设置并相互接触的氧化铟复合材料薄膜和氧化铟薄膜，氧化铟复合材料薄膜和氧化铟薄膜一侧的陶瓷基底上设置有热电极连接区域，另一侧的陶瓷基底上对应设置引线连接区域构成基于氧化铟复合材料的薄膜热电偶，薄膜热电偶的工作温度为1000～1500℃。本发明结合氧化铟和氧化锌、氧化锶、氧化镁等高熔点材料的高温稳定性和优异热电特性，通过丝网印刷技术制备一种基于氧化铟复合材料的薄膜热电偶，可用于极端环境下的高温测量，在1000～1500℃下长期稳定工作。

技术领域

本发明属于薄膜传感器技术领域，具体涉及一种基于氧化铟复合材料的薄膜热电偶及其制备方法。

背景技术

在航空发动机设计及验证实验中，为了验证发动机的燃烧效率以及冷却系统的设计，需要准确测试发动机涡轮叶片表面、燃烧室内壁等部位的温度。与传统的线形和块形热电偶相比，高温陶瓷型薄膜热电偶具有热容量小、体积小、响应速度快等特点，能够捕捉瞬时温度变化。同时薄膜热电偶可直接沉积在被测对象的表面,不破坏被测部件结构，而且对被测部件工作环境影响小，因此更适合用于表面瞬态温度测量。通过薄膜热电偶可准确了解热端部件表面温度分布状况，可以优化传热、冷却方案设计，进而保证发动机工作在最优工作状态、提高发动机效率，为新一代战斗机和民航客机的设计提供可靠依据。

目前对NiCr/NiSi薄膜热电偶的研究，已经相对成熟,但是其测试温度范围低，只适应与中低温度测试场合。在高温测试领域,通常采用铂、佬等贵金属为薄膜材料，但是由于其存在成本高、误差大、恶劣环境易氧化等问题。迫切需要研制一种耐高温﹑性能稳定的新型陶瓷薄膜热电偶。现有的研究中，薄膜型的ITO和In₂O₃材料有望成为高温测量的核心首选材料，但是由于ITO材料在1300℃以上因为本身的熔点失效。因此选择熔点更高的且具有优异热电特性的氧化锌、氧化锶等材料与氧化铟复合，这种热电偶可以在1500℃时长时间正常工作。

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，提供一种基于氧化铟复合材料的薄膜热电偶及其制备方法，提高薄膜热电偶的测温范围和高温耐温性能，满足极端环境下的温度测量需求。

本发明采用以下技术方案：

一种基于氧化铟复合材料的薄膜热电偶，包括陶瓷基底，陶瓷基底上对称设置并相互接触的氧化铟复合材料薄膜和氧化铟薄膜，氧化铟复合材料薄膜和氧化铟薄膜一侧的陶瓷基底上设置有热电极连接区域，另一侧的陶瓷基底上对应设置引线连接区域构成基于氧化铟复合材料的薄膜热电偶，薄膜热电偶的工作温度为1000～1500℃。

具体的，氧化铟复合材料薄膜内掺杂有氧化锌、氧化锶或氧化镁。

本发明的另一技术方案是，一种制备基于氧化铟复合材料的薄膜热电偶的方法，包括以下步骤：

S1、分别配置氧化铟浆料和氧化铟复合材料浆料；

S2、利用丝网印刷技术，先将步骤S1配置的氧化铟复合材料浆料印刷在陶瓷基底上，干燥得到氧化铟复合材料薄膜；

S3、将步骤S1配置的氧化铟浆料印刷在步骤S2处理完的陶瓷基底上，干燥得到氧化铟薄膜；

S4、将步骤S3处理完的陶瓷基底进行退火处理，得到基于氧化铟复合材料的薄膜热电偶。

具体的，步骤S1中，将松油醇、环氧树脂、聚醚胺和高温玻璃粉分别加入氧化铟粉末和氧化铟复合材料粉末中，配置成氧化铟浆料和氧化铟复合材料浆料。

进一步的，氧化铟复合材料中掺杂有含量5％～20％的氧化锌、氧化锶或氧化镁。

更进一步的，氧化铟、氧化锌、氧化锶和氧化镁陶瓷粉体的粒径为50～100nm。