[发明专利]一种陶瓷薄膜热电偶及其制备方法

摘要

本发明公开了一种陶瓷薄膜热电偶及其制备方法，包括热电偶导电陶瓷薄膜，热电偶导电陶瓷薄膜包括陶瓷热电极层，陶瓷热电极层是由沿热电偶导电陶瓷薄膜中心线呈镜像对称设置的热电极一及热电极二组成。热电极一、热电极二均包括用于实现热电极间的热接点搭接的搭接横端、与引线连接的引线横端以及用于连接搭接横端及引线横端的过渡竖部；其中热电极一的搭接横端与热电极二的搭接横端部分重叠搭接，构成本热电偶的热接点。本发明采用新型热电偶材料，相比普通K型热电偶，具有测温范围更广，而且能够适应氧化和酸碱环境的优点；相比其他类型耐高温热电偶材料如铂铑等，在相同的温度测试范围内，其热电偶成本低；且适用于在航天航空等领域的极端环境温度测试。

主权项

一种陶瓷薄膜热电偶的制备方法，其特征在于：所述陶瓷薄膜热电偶包括热电偶导电陶瓷薄膜，所述的热电偶导电陶瓷薄膜包括陶瓷热电极层，所述陶瓷热电极层是由沿热电偶导电陶瓷薄膜中心线呈镜像对称设置的热电极一及热电极二组成；且所述的热电极一、热电极二均包括用于实现热电极间的热接点搭接的搭接横端、与引线连接的引线横端以及用于连接搭接横端及引线横端的过渡竖部；其中热电极一的搭接横端与热电极二的搭接横端部分重叠搭接，构成本热电偶的热接点；所述的热电极一采用掺锡氧化铟——ITO陶瓷材料制备，所述的热电极二采用掺铝氧化锌——AZO陶瓷材料制备；所述的陶瓷薄膜热电偶还包括依次设置的基片层、过渡层、绝缘膜层、保护膜层；其中上述陶瓷热电极层位于绝缘膜层、保护膜层之间；其具体制备步骤如下：ⅰ、准备工作，挑选基片并按照相应的薄膜制备的要求，对基片表面打磨抛光，用粒度小于2.5μm的金刚石研磨膏抛光到镜面，再分别放入丙酮、酒精和去离子水中，使用超声波清洗，用氮气吹干后将基片放入磁控溅射所用的固定夹具中；ⅱ、采用磁控溅射工艺在基片表面沉积过渡层薄膜，沉积0.8～1μm厚的过渡层材料薄膜；ⅲ、过渡层薄膜沉积完毕，固定夹具和基片不动，只更换溅射靶材和沉积参数，接着进行氧化铝绝缘膜层的沉积，沉积厚度为800nm；ⅳ、绝缘膜层沉积完毕后，进行功能膜——陶瓷热电极的沉积：对热电极一ITO薄膜进行沉积，基片材料和固定夹具的相对位置不变，在其表面加盖功能膜沉积所需的Z字型槽孔掩膜，通过该Z字形槽孔的掩膜，通过溅射得到相应的热电极一的结构，然后将其固定到磁控溅射真空室内，更换靶材和溅射参数后进行热电极一薄膜的沉积，沉积厚度为600nm，然后进行热电极二AZO薄膜的溅射，即待热电极一ITO薄膜溅射完毕，更换靶材和溅射参数，基片材料和固定夹具的相对位置不变，在其表面加盖功能膜沉积所需的Z字型槽孔掩膜，通过该Z字形槽孔的掩膜，通过溅射得到相应的热电极二的结构，然后将其固定到磁控溅射真空室内，进行热电极二薄膜的沉积，同时操作过程需要保证热电极一及热电极二通过沿热电偶导电陶瓷薄膜中心线呈镜像对称设置形成陶瓷热电极层，其中热电极一的搭接横端与热电极二的搭接横端部分重叠搭接连接形成热电偶热接点即测量端；ⅴ、功能膜沉积完毕，进行引线粘结，采用DB5015银粉导电胶，将银粉导电胶的甲组份和乙组分按要求比例甲：乙＝3～3.5g:1ml配比调匀后，将引线一与热电极一引脚粘结在一起，将引线二与热电极二引脚粘结在一起；引线粘接完毕，将引线外加绝缘套管，然后再将制备的薄膜热电偶整体放入真空室中进行保护膜沉积，保护膜材料选用耐高温陶瓷材料氮化铝；保护膜沉积完毕将引线的绝缘套管摘除。