一种高温薄膜热电偶温度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于温度测量装置的制作技术领域，涉及一种由两种金属薄膜构成的微米或亚微米尺度的高温热电偶温度传感器，特别是一种利用真空膜技术制作的高温薄膜热电偶温度传感器。
【背景技术】
[0002]高温结构材料一般都工作在温度高达1000°C以上的高温环境，对这些高温结构材料的温度测量，传统的测量方法多采用非接触式的高温辐射测温法，但这种测温法存在测温精度低、响应时间慢等缺点，不利于在线高温测量。目前公知的在线实时测温主要是采用一种可在材料中打眼埋入的结构型丝式热电偶温度传感器进行在线实时测温的方法，该热电偶温度传感器由两种不同材质的金属热电偶丝焊在一起构成，但采用这种结构型丝式热电偶温度传感器进行测温存在的缺点是需要对材料结构进行破坏，这不仅会影响材料在高温下的性能，而且测温响应时间慢，所以这种结构型丝式热电偶温度传感器测温的适应性不高。目前还有一种在线实时测温方法是采用丝式将热电偶温度传感器焊接在金属片上，再将金属片粘贴在材料表面的方法进行温度测量，而这种测温法的缺点是:由于金属片与结构材料的热膨胀系数不一致，在高温、高温升率情况下，金属片与结构材料间的胶层会产生比较大的热应力，容易发生局部开胶甚至脱落现象，使测温点浮空，从而严重影响到温度测量的准确性，另外采用这种丝式热电偶温度传感器进行测温时也同样存在着测温响应时间慢、测温上限低的问题。
【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，进而提供一种结构合理、操作方便、使用寿命长、测温响应时间快、准确性高且测温上限大大优于传统结构型丝式热电偶产品的高温薄膜热电偶温度传感器。
[0004]为实现上述发明目的而研发的高温薄膜热电偶温度传感器为一种利用真空膜技术制作的Pt和PtRh两种不同材质的微米级或亚微米级的薄膜热电偶温度传感器，其制作方法包括下述的工艺步骤:
[0005]1、根据被测温物体的具体情况完成制作高温薄膜热电偶电极的位置、形状、大小的设计图纸；
[0006]2、加工掩模板-根据图纸设计，采用机械加工方式在厚度为1.5?3.0mm的金属薄片上切割制作出两块分别为Pt热电偶电极图形和PtRh热电偶电极图形的掩模板，以在制作薄膜热电偶的两极时分别使用；
[0007]3、制备Al2O3绝缘层——将被测温物体上准备制作高温薄膜热电偶温度传感器的位置处进行抛光并清洗后，利用真空镀膜技术的气相沉积法在其上镀制约I?2μπι厚的Al2O3绝缘层；
[0008]4、制备Pt热电偶膜——在Al2O3绝缘层上覆盖上根据前述第2工艺步骤制作的Pt热电偶电极图形的掩模板，利用真空镀膜技术的气相沉积法在Al2O3绝缘层表面镀制I?2μπι厚的Pt热电偶膜；
[0009]5、制备PtRh热电偶膜——换上根据前述第1.2工艺步骤制作的另一块的PtRh热电偶电极图形的掩模板，利用真空镀膜技术气相沉积法在Al2O3绝缘层表面镀制I?2μπι厚的PtRh热电偶膜，并使两种热电偶膜材料通过结合点连接，从而形成薄膜热电偶；
[0010]6、制备Al2O3绝缘保护层一在制作好的热电偶薄膜的表面利用真空镀膜技术气相沉积法镀制一层I?2 μ m厚的Al2O3绝缘保护层，形成最终的高温薄膜热电偶温度传感器。
[0011]本发明的进一步的技术解决方案还在于:该高温薄膜热电偶温度传感器制作方法中制备Al2O3绝缘层的工艺步骤为:将将被测温物体上准备制作高温薄膜热电偶温度传感器的位置处进行抛光，然后用酒精、丙酮和去离子水对抛光表面清洗，烘干，通过反应磁控溅射的方法，利用功率200W、氩氧比20: 1、压强IPa的参数在烘干的基体表面溅射沉积镀膜90?120分钟，溅射温度为400°C，制得厚度为I?2 μ m厚的Al2O3绝缘层。
[0012]本发明的进一步的技术解决方案还在于:该高温薄膜热电偶温度传感器制作方法中制备Pt热电偶膜的工艺步骤为:在Al2O3绝缘层上覆盖上Pt热电偶图形的掩模板，通过射频磁控溅射的方法，利用功率100W、压强0.5Pa的参数在Al2O3绝缘层表面溅射沉积镀膜90?120分钟，溅射温度为700°C，制得厚度为I?2 μ m的Pt热电偶膜。
[0013]本发明的进一步的技术解决方案还在于:该高温薄膜热电偶温度传感器制作方法中制备PtRh热电偶膜的工艺步骤为:在制备了 Pt热电偶膜的Al2O3绝缘层上覆盖上PtRh热电偶电极图形的掩模板，通过射频磁控溅射的方法，利用功率100W、压强0.5Pa的参数在Al2O3绝缘层表面溅射沉积镀膜90?120分钟，溅射温度为700°C，制得厚度为I?2 μ m的PtRh热电偶膜，两种热电偶膜材料通过结合点连接，形成高温薄膜热电偶。
[0014]本发明的进一步的技术解决方案还在于:该高温薄膜热电偶温度传感器制作方法中制备Al2O3绝缘保护层的工艺步骤为:通过反应磁控溅射的方法，利用功率200W、氩氧比20: 1、压强IPa的参数在薄膜热电偶表面溅射沉积镀膜90?120分钟，溅射温度为400°C，制得厚度为I?2 μ m的Al2O3绝缘保护层，形成最终的高温薄膜热电偶温度传感器，该高温薄膜热电偶温度传感器的测温上限可达1200°C。
[0015]与现有技术相比，本发明具有的优点如下所述:
[0016]一、本发明的高温薄膜热电偶温度传感器是利用利用真空镀膜技术制作的两种不同材质的微米级薄膜结合在一起，替代已有的焊在一起的两种不同材质的金属热电偶丝，它的特点是制作的热电偶体积小、重量轻，不需要再被测材料内打孔，可以根据被测温物体的结构、形状任意地设计、制作，几何尺寸最小可在亚微米量级的热电偶；
[0017]二、本发明所述的高温薄膜热电偶温度传感器的测温上限可达1200°C，而且由于真空镀膜技术制作的薄膜致密、坚固，厚度在微米或亚微米的量级，所以热电偶的热容量非常小，具有响应时间非常短、使用寿命长等优点，该产品可以实时在线测量瞬变的高温，可在航空航天技术领域中得到很好的应用。
【具体实施方式】
[0018]本发明的一个实施例方案为一种利用真空膜技术制作的Pt和PtRh两种不同材质的微米级的薄膜热电偶温度传感器，其制作方法包括下述的工艺步骤。
[0019]第一步，根据被测物体的实际需要，在耐高温材料SiC上选择出准备测温的部位，设计出Pt和PtRh两种热电偶电