[发明专利]一种SiCN陶瓷无线无源压力传感器及其制备方法

说明书

一种SiCN陶瓷无线无源压力传感器及其制备方法，SiCN陶瓷无线无源压力传感器设有圆柱形非晶态SiCN陶瓷压敏元件、谐振腔和耦合槽天线；圆柱形非晶态SiCN陶瓷压敏元件的表面包裹有金属层，金属层形成谐振腔，耦合槽天线设在谐振腔的上表面，谐振腔通过耦合槽天线与共面波导线进行耦合。制备圆柱形非晶态SiCN陶瓷压敏元件；对非晶态SiCN陶瓷压敏元件表面处理；在非晶态SiCN陶瓷压敏元件上，贴上与耦合槽天线尺寸一致的聚酰亚胺胶带后，再在非晶态SiCN陶瓷压敏元件表面涂上金属层形成谐振腔，去除聚酰亚胺胶带，得上表面带有耦合槽天线的谐振腔；完成金属浆料的金属化，得非晶态SiCN陶瓷无线无源压力传感器。

技术领域

本发明涉及压力传感器，尤其是涉及一种SiCN陶瓷无线无源压力传感器及其制备方法。

背景技术

航空发动机、火箭发动机、高温炉、核反应堆、石油勘探等设备的工作温度通常大于800℃，且内部环境恶劣(高温、高压、高腐蚀、高辐射等)。由于这些设备的工作压力较大，若压力出现异常会对设备的工作造成极大的影响，甚至出现危险事故。因此对这些设备的压力进行实时的监控对于设备的安全运行有着非常重要的意义。目前较为常见的压力传感器为压阻式压力传感器或光纤式压力传感器。由于这两类压力传感器的传感器机制决定了其为有线有源的结构。在高温下普通电池无法工作，而耐高温的电池一般工作在200℃以下，对于工作温度一般在800℃以上的设备无能为力，因此两类压力传感器无法安装在高温炉、核反应堆、石油勘探等设备中。并且由于需要布线，增加了传感系统的重量，不适合在对重量要求严格的各类航空发动机中应用。基于以上的原因，传统的有线有源压力传感器无法在发动机、高温炉等设备中长时间工作，因此对这类设备工作时内部高压的实时监控受到极大限制。因此开发出一种可用于恶劣工作环境的耐高温的无线无源压力传感器迫在眉睫，这种耐高温压力传感器研发的瓶颈在于制备在一定温度压力下能够稳定工作并且对无线电信号损耗较小的压敏元件。

聚合物先驱体热解法制得的先进陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特性，且制备过程简便、先驱体分子可设计性强，烧结温度较低(800℃即可)，能制得结构复杂的部件，因此聚合物先驱体热解法制备陶瓷是目前国际上研究的一个热点。利用聚合物先驱体聚硅氮烷热解制备的SiCN陶瓷不仅具有耐高温、抗腐蚀、耐辐射的特性，还是一种新型的半导体材料，更重要的是利用聚合物先驱体聚硅氮烷热解制备的SiCN陶瓷，其介电损耗较低、介电常数较低，因此能提高电磁信号的传输距离，这拓展了传感器的应用范围。并且SiCN陶瓷具有一定的压介特性，一般随着压力的上升介电常数会增大。因此聚合物先驱体聚硅氮烷陶瓷成为新型的耐高温无线无源压力传感器的首选材料。但目前尚未发现性能较为出色的SiCN陶瓷无线无源压力传感器及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的压力传感器所存在的压敏元件工作温度低，其有线有源的结构难以在恶劣条件下工作，且在一些特殊位置如发动机叶片上无法应用等技术问题，提供一种可在高温恶劣环境下使用的SiCN陶瓷无线无源压力传感器及其制备方法。

所述SiCN陶瓷无线无源压力传感器设有圆柱形非晶态SiCN陶瓷压敏元件、谐振腔和耦合槽天线；

所述圆柱形非晶态SiCN陶瓷压敏元件的表面包裹有金属层，金属层形成谐振腔，耦合槽天线设在谐振腔的上表面，谐振腔通过耦合槽天线与共面波导线进行耦合。

所述圆柱形非晶态SiCN陶瓷压敏元件的直径可为8～14mm，厚度可为1～4mm。

所述金属层可采用耐高温金属层，耐高温金属层的熔点大于1000℃，所述耐高温金属层的厚度可为20～50μm。

所述SiCN陶瓷无线无源压力传感器的制备方法包括以下步骤：

1)制备圆柱形非晶态SiCN陶瓷压敏元件；

(1)SiCN陶瓷素坯的制备