基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航天传感器领域，具体涉及一种用于测量C/C复合材料线烧蚀量的烧蚀传感器。
【背景技术】
[0002]在新型航天飞行器研制过程中，为了保证材料在高温条件下保持良好稳定的力学特性，需要采用C/C复合材料(碳/碳复合材料)制作结构部件。这些结构部件在工作中将要承受恶劣的工作环境，如高温、强氧化以及强振动、强风阻等复杂力学载荷的环境，为此通过试验获得飞行状态下高温结构材料的实际结构特性就成为解决问题的关键。现有技术中，在诸多测试需求中，高温结构材料的烧蚀测试是目前较为突出的需求，这是因为在飞行器飞行状态下，对其外表面的烧蚀厚度进行实时测量，从而获得飞行器工作状态下外表面烧蚀率随时间的变化关系，对于飞行器的飞行安全和结构设计是十分必要的。但是，由于飞行状态下测试条件的苛刻以及飞行器壳体结构的复杂性等原因，使得目前本领域对烧蚀厚度的实时测量具有相当大的难度，而以往公知的诸如超声波测厚、射线测厚、热电偶靶线测厚等方法在实际应用中或者由于安装尺寸和安装条件的局限，或者由于分辨率和精度的不足，尚都难以满足飞行器表面烧蚀实时测量的要求。这就使得研制可满足高分辨率、高精度要求的烧蚀测量传感器具有非常重要的现实意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器，该传感器具有对非金属材料的线烧蚀量进行实时在线测量的特点，同时还具有高分辨率、高测量精度的特点。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下的技术解决方案:
[0005]—种基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器，包括一个内置有烧蚀传感器敏感组件的外壳，其中烧蚀传感器敏感组件由金属丝栅、基底材料、引线组成，金属丝栅通过金属溅射薄膜工艺镀在基底材料上，引线的一端与金属丝栅连接，另一端自外壳向外引出，将的信号传接至信号调理模块，金属丝栅在外壳与烧蚀传感器敏感组件之间塞置有填充物。
[0006]上述基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器中，金属丝栅为首先通过金属溅射薄膜工艺将金属镀在基底材料上形成金属膜，再经过刻蚀工艺将镀在基底材料上的金属膜刻蚀形成的金属丝栅。
[0007]上述基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器中，金属丝栅为采用熔点与被测烧蚀材料烧蚀温度相近的金属材料制成的阻值为2.5±0.5kΩ的金属丝栅。
[0008]上述基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器中，在金属丝栅的表面再镀有一层S12保护膜。
[0009]上述基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器中，基底材料采用Al2O3陶瓷基片制成。
[0010]上述基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器中，外壳为一个一端封闭的中空筒壳，烧蚀传感器敏感组件置于壳内，其引线自外壳的开放端口引出，在引线与外壳开放端口间封涂有一层耐高温胶。
[0011 ]上述基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器中，外壳采用熔点与被测烧蚀材料烧蚀温度相近的金属材料制成。
[0012]上述基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器中，填充物为Al2O3粉末。
[0013]与现有技术相比，本发明所述的基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器具有如下优占.V.
[0014]1、本发明具有对非金属材料的线烧蚀量进行实时在线测量的特点，实际测量应用时，当C/C复合材料随着温度升高开始烧蚀时，该烧蚀传感器的金属丝栅会随着烧蚀层的推移而发生熔断，导致金属丝栅条数上的减少，进而导致金属丝栅的阻值会随着烧蚀层的变化而发生变化，给传感器提供恒电流，即可将金属丝栅阻值的变化转换为电压的变化，金属丝栅熔断的界面与烧蚀层的推移界面可以始终保持平齐，如此即可实现对C/C复合材料线烧蚀量的连续测量，同时可以通过实时监测烧蚀传感器的电压变化来实现对C/C复合材料烧蚀情况的实时测量；
[0015]2、在C/C复合材料的烧蚀过程中，本发明所述基于金属溅射薄膜的烧蚀传感器的输出信号大小与C/C复合材料线烧蚀量的变化成正比例关系，传感器采用的金属丝栅材料以及传感器外壳材料均可以通过测试C/C复合材料的烧蚀温度进行确定；
[0016]3、本发明为一种采用了金属溅射薄膜工艺的烧蚀传感器，通过金属溅射薄膜可以将金属丝栅做到微米级的宽度，因此可以大大提高传感器的分辨率及测量精度；
[0017]4、本发明所述基于金属溅射薄膜的烧蚀传感器产品的外形尺寸很小，制作中可以将传感器外壳的直径做到小于Φ 2mm，因此仅需在C/C复合材料上打Φ 2mm的安装孔，对飞行器的C/C复合材料整体结构(被测体)本身的破坏很小，对安装空间的要求也很小，优于现有测量原理的大于OlOmm的安装孔；
[0018]5、在本发明所述烧蚀传感器的烧蚀敏感组件与外壳之间填充有由Al2O3粉末构成的填充物，可以防止烧蚀过程中金属丝栅的提前熔断，保证烧蚀界面与金属丝栅熔断界面平齐；
[0019]6、本发明所述基于金属溅射薄膜的烧蚀传感器可以事先对待测的C/C复合材料进行相关试验，确定其烧蚀温度，如此便能够以此烧蚀温度作为金属丝栅及外壳的金属材料的熔点，保证在待测C/C复合材料发生烧蚀时金属丝栅的熔断界面与其烧蚀界面一致；
[0020]7、本发明所述基于金属溅射薄膜的烧蚀传感器可以在金属丝栅的表面镀一层S12，防止金属丝栅过早、过快氧化。
【附图说明】
[0021]图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。
[0022]图2为本发明的横截面结构示意图。
[0023]图3为本发明金属丝栅的结构示意图。
[0024]图中各标号的名称分别是:I一烧蚀传感器敏感组件，Ia—金属丝栅，Ib —基底材料，Ic一引线，2 —外壳，3—填充物，4一耐尚温胶，5 — Si02保护膜。
【具体实施方式】
[0025]参见附图，本发明所述的基于金属溅射薄膜的烧蚀传感器包括外壳2、烧蚀传感器敏感组件1、填充物3。外壳2为一个由金属材料制成的一端封闭的中空筒壳，外壳材料的熔点与被测烧蚀材料烧蚀温度相近。外壳2的长度比烧蚀传感器敏感组件I的长度要长，以保证引线Ic的引线牢固。烧蚀传感器敏感组件由金属丝栅la、基底材料Ib和引线Ic组成。制作金属丝栅Ia时，首先通过金属派射薄膜工艺将金属镀在基底材料Ib上，形成金属膜，再经过刻蚀工艺将镀在基底材料Ib上的金属膜进行刻蚀，形成的金属丝栅la，金属丝栅Ia的阻值为2.5 ±0.5k Ω，之后在金属丝栅Ia表面再镀一层S12保护膜5，可以起到对金属丝栅的热防护作用，防止金属丝栅过早、过快氧化。基底材料Ib为Al2O3陶瓷基片，Al2O3陶瓷基片表面质量可以被处理到100埃以内，利于通过金属溅射薄膜工艺将金属丝栅Ia镀在其表面，同时Al2O3陶瓷基片的绝缘性良好，保证每一条金属丝栅之间互不影响，总阻值可以随着金属丝栅的熔断而发生变化。引线Ic的一端与金属丝栅Ia连接，另一端自外壳2的开放端口向外引出。塞置在外壳2与烧蚀传感器敏感组件I之间的填充物3为Al2O3粉末，Al2O3粉末有良好的绝缘性，同时颗粒细小，能保证填充密实，而且Al2O3粉末的隔热性良好，可以保证金属丝栅的熔断界面与C/C复合材料的烧蚀界面同步。
[0026]本发明的制作过程是:将烧蚀传感器敏感组件I插入外壳2内，然后在烧蚀传感器敏感组件I与外壳2之间填满填充物3，将烧蚀传感器敏感组件I的一端(非引线端)与外壳2封闭端的端面平齐，将与金属丝栅Ia连接的引线Ic的一端从外壳的开放端口一端引出，通过引线Ic将金属丝栅Ia的信号传至信号调理模块，在引线Ic与外壳2开放端口间封涂有一层耐高温胶4，即完成烧蚀传感器的组成。
[0027]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器，其特征在于:包括一个内置有烧蚀传感器敏感组件(I)的外壳(2)，其中烧蚀传感器敏感组件由金属丝栅(Ia)、基底材料(Ib)、引线(Ic)组成，金属丝栅(Ia)通过金属溅射薄膜工艺镀在基底材料(Ib)上，引线(Ic)的一端与金属丝栅(Ia)连接，另一端自外壳(2)向外引出，在外壳(2)与烧蚀传感器敏感组件(I)之间塞置有填充物(3)。2.根据权利要求1所述的基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器，其特征在于:所述的金属丝栅(Ia)为首先通过金属溅射薄膜工艺将金属镀在基底材料(Ib)上形成金属膜，再经过刻蚀工艺将镀在基底材料(I b)上的金属膜刻蚀形成的金属丝栅。3.根据权利要求1或2所述的基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器，其特征在于:所述的金属丝栅(Ia)为采用熔点与被测烧蚀材料烧蚀温度相近的金属材料制成的阻值为2.5 ±0.5kQ的金属丝栅。4.根据权利要求1或2所述的基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器，其特征在于:在金属丝栅(Ia)的表面再镀有一层S12保护膜(5)。5.根据权利要求1所述的基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器，其特征在于:所述的基底材料(Ib)采用Al2O3陶瓷基片制成。6.根据权利要求1所述的基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器，其特征在于:所述的外壳(2)为一个一端封闭的中空筒壳，烧蚀传感器敏感组件置于壳内，其引线(Ic)自外壳(2)的开放端口引出，在引线(Ic)与外壳(2)开放端口间封涂有一层耐高温胶(4)。7.根据权利要求1或6所述的基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器，其特征在于:所述的外壳(2)采用熔点与被测烧蚀材料烧蚀温度相近的金属材料制成。8.根据权利要求1所述的基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器，其特征在于:所述的填充物⑶为Al2O3粉末。
【专利摘要】本发明涉及一种基于金属溅射薄膜技术的烧蚀传感器，包括一个内置有烧蚀传感器敏感组件的外壳，其中烧蚀传感器敏感组件由金属丝栅、基底材料、引线组成，金属丝栅通过金属溅射薄膜工艺镀在基底材料上，引线的一端与金属丝栅连接，另一端自外壳向外引出的信号传接至信号调理模块，在外壳与烧蚀传感器敏感组件之间塞置有填充物。本发明的特点是可实现对C/C复合材料的线烧蚀量进行实时在线测量，输出信号大小与C/C复合材料线烧蚀量的变化成正比例关系，同时分辨率高、测量精度高，对被测材料本体的破坏也很小。
【IPC分类】G01B7/06
【公开号】CN105444661
【申请号】CN201510990668
【发明人】李炜, 孔凡玲
【申请人】陕西电器研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月25日