一种激光热解结合维森堡直写的氧化铟锡高温薄膜传感器

1.本发明涉及薄膜传感器领域，特别是指一种激光热解结合维森堡直写的氧化铟锡高温薄膜传感器。


背景技术：

2.随着航空航天的发展，长期工作在高温、高压的涡轮叶片等相关部件的性能与寿命受到极大影响。因此，准确测量相关部件的温度分布等性能参数对于发动机至关重要。
3.相比于传统的传感器，薄膜传感器更适用于恶劣的高温环境，同时具有尺寸小，与部件一体化集成等优点。同时，薄膜传感器敏感层组分的选取对于其高温稳定性有很大影响。氧化铟锡(ito)薄膜材料具有优异的导电性能与透光性，在薄膜制备方面应用相对成熟。氧化铟锡(ito)薄膜材料大多是铟锡的氧化物颗粒和醇盐，以pvd、cvd、溶胶-凝胶等方法制成薄膜，经过热处理形成ito透明导电膜。在公开号为us 20090173162a1专利文献中公开了《high temperature strain gages》，该方法为溅射沉积氧化铟锡薄膜陶瓷应变计应用于高温部件检测。这种方式工艺复杂，制作成本高。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种激光热解结合维森堡直写的氧化铟锡高温薄膜传感器，本发明提供的传感器将氧化铟锡薄膜稳定预制于氧化铝绝缘基底上，能够实现薄膜高温稳定性的提高。
5.本发明采用如下技术方案：
6.一种激光热解结合维森堡直写的氧化铟锡高温薄膜传感器，包括：
7.氧化铝绝缘基底、氧化铟锡复合敏感层、铂浆引线、高温抗氧化保护层、银浆焊点和铂丝，其中所述铂浆引线通过丝网印刷于所述氧化铝绝缘基底上；所述氧化铟锡复合敏感层采用维森堡直写技术于直写于氧化铝绝缘基底上铂浆引线间；所述高温抗氧化保护层通过丝网印刷覆于所述氧化铟锡复合敏感层上；银浆焊点焊接于铂浆引线上与铂丝固连；
8.其中，氧化铟锡复合敏感层是通过氧化铟锡粉末与前驱体陶瓷溶液进行混合。
9.具体地，其中氧化铟锡复合敏感层长5-10mm，宽0.3-0.5mm，厚度小于50μm，铂浆引线宽0.4mm-0.8mm，银浆焊点直径2mm，铂丝直径0.2mm
10.本发明实施例另一方面提供一种激光热解结合维森堡直写的氧化铟锡高温薄膜传感器的制备方法，其特征在于，包括：
11.步骤1、预处理：将氧化铝绝缘基底超声清洗后，烘干；
12.步骤2、铂浆引线的制备：通过丝网印刷工艺将铂浆涂覆在氧化铝绝缘基底上，得到两条平行的铂浆引线，置于800摄氏度的高温炉中加热固化；
13.步骤3、敏感栅的制备：配置比例为7:3的氧化铟锡粉末与前驱体陶瓷溶液进行混合，将其采用维森堡直写技术于直写于氧化铝基底的铂浆引线间，再进行加热固化，进而在相同温度下进行激光热解处理，形成氧化铟锡复合敏感层，制备出高温薄膜传感。
14.步骤4、保护层的涂覆：通过丝网印刷工艺将高温抗氧化保护层涂敷在敏感层上，加热固化；
15.步骤5、铂丝固连：将银浆焊点焊接于铂浆引线上，并与铂丝固连，加热固化。
16.具体地，所述步骤3中的直写，所用设备为维森堡直写平台。
17.具体地，所述两条平行的铂浆引线的间距范围为：5-10mm。
18.具体地，所述加热固化的温度范围为：200-300℃。
19.由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
20.1、本发明提供了一种激光热解结合维森堡直写的氧化铟锡高温薄膜传感器，包括：氧化铝绝缘基底、氧化铟锡复合敏感层、铂浆引线、高温抗氧化保护层、银浆焊点和铂丝，其中所述铂浆引线通过丝网印刷于所述氧化铝绝缘基底上；所述氧化铟锡复合敏感层直写于氧化铝绝缘基底上铂浆引线间；所述高温抗氧化保护层通过丝网印刷覆于所述氧化铟锡复合敏感层上；银浆焊点焊接于铂浆引线上与铂丝固连，氧化铟锡复合敏感层是通过氧化铟锡粉末与前驱体陶瓷溶液进行混合，将氧化铟锡薄膜稳定预制于氧化铝绝缘基底上，能够实现薄膜高温稳定性的提高。
21.2、本发明通过韦森堡直写技术将氧化铟锡薄膜原位直写与基底上，可有效地控制薄膜厚度。韦森堡直写是一种液相沉积技术，能够快速将氧化铟锡复合溶液直写于基底上，并控制相关程序实现图案化。
22.3、本发明提供的方法区别于传统的制备工艺，利用激光热解方式制备氧化铟锡复合敏感层，一方面热解使得前驱体陶瓷有机溶液实现导电功能，可与氧化铟锡粉末形成导电网络，实现氧化铟锡复合导电敏感薄膜的制备。另一方面，由于热效应的作用，氧化铟锡复合敏感层与基底产生了冶金结合，增大二者的结合。
23.4、本发明所制备的氧化铟锡高温薄膜传感器自身抗氧化性良好，能够在600℃良好的工作。为了增强抗氧化性，可以在敏感层上方涂覆抗氧化保护层，能够在800℃下稳定工作。
附图说明
24.图1是本发明一实例直接制备在氧化铝绝缘基底上的氧化铟锡高温薄膜传感器示意图。
25.图2是本发明一实例氧化铟锡高温薄膜传感器结构分解示意图。
26.图中：1为氧化铝绝缘基底、2为氧化铟锡复合敏感层、3为铂浆引线、4为高温抗氧化保护层、5为银浆焊点、6为铂丝。
27.图3是本发明一实例直接制备在氧化铝绝缘基底上的氧化铟锡高温薄膜传感器工艺流程图。
28.图4是本发明一实例氧化铟锡高温薄膜传感器600℃温阻特性曲线。
29.图5是本发明一实例氧化铟锡高温薄膜传感器800℃温阻特性曲线。
具体实施方式
30.以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，
对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.如图1所示，为直接制备在氧化铝绝缘基底上的氧化铟锡高温薄膜传感器，包括：氧化铝绝缘基底1、氧化铟锡复合敏感层2、铂浆引线3、高温抗氧化保护层4、银浆焊点5、铂丝6。
33.如图2所示，为氧化铟锡高温薄膜传感器结构分解示意图，其中：
34.氧化铟锡复合敏感层2直写于氧化铝绝缘基底1上，铂浆引线3涂覆于氧化铝绝缘基底1上，高温抗氧化保护层4涂覆于氧化铟锡复合敏感层2上，银浆焊点5焊接于铂浆引线3上与铂丝6固连。
35.具体地，其中氧化铟锡复合敏感层长5-10mm，宽0.3-0.5mm，厚度小于50μm，铂浆引线宽0.4mm-0.8mm，银浆焊点直径2mm，铂丝直径0.2mm。
36.如图3所示，为制备在氧化铝绝缘基底上的氧化铟锡高温薄膜传感器的工艺流程图；
37.步骤1：将氧化铝基底1经过超声清洗20～60min，并在干燥箱中干燥后，取出。
38.步骤2：将铂浆涂覆于氧化铝绝缘基底上，形成两条平行引线，间距5-10mm的，放置800℃的高温炉加热固化后形成铂浆引线3；
39.步骤3：配置氧化铟锡粉末以及前驱体陶瓷的混合溶液，利用维森堡直写工艺，将其直写于步骤2的绝缘基底上，经过加热固化后，进行激光处理。
40.步骤4：将完成步骤3的氧化铟锡复合敏感层2进行保护层涂覆，在温度为200-300℃加热固化，形成致密的高温抗氧化保护层4，可提高高温传感器的抗氧化性。
41.步骤5：在完成步骤4的高温绝缘基底1的铂浆引线3上，涂覆银浆焊点5，并与铂丝6固连；
42.步骤6：将完成步骤5的高温绝缘基底1放置于管式炉中，于500℃下保温0.5小时，将银浆烧结成型，完成银浆焊点5与铂丝6的制备。
43.本实施例中，所述氧化铟锡复合敏感层2薄膜厚度与图案可以根据需要进行调整，铂浆引线3的长度与宽度可以根据需要进行调整。
44.本发明利用激光热解与直写设备结合，使得制作薄膜传感器更为高效快捷。本发明制作工艺简单、成本低廉、高温传感性能可靠，能够解决目前在高温环境下工作的构件温度实时监测所遇到的困境。
45.如图4是本发明一实例氧化铟锡高温薄膜传感器600℃温阻特性曲线，图5是本发明一实例氧化铟锡高温薄膜传感器800℃温阻特性曲线，可以看出本发明所制备的氧化铟锡高温薄膜传感器自身抗氧化性良好，能够在600℃良好的工作。为了增强抗氧化性，可以在敏感层上方涂覆抗氧化保护层，能够在800℃下稳定工作。
46.本发明提供了一种激光热解结合维森堡直写的氧化铟锡高温薄膜传感器，包括：氧化铝绝缘基底、氧化铟锡复合敏感层、铂浆引线、高温抗氧化保护层、银浆焊点和铂丝，其中所述铂浆引线通过丝网印刷于所述氧化铝绝缘基底上；所述氧化铟锡复合敏感层直写于氧化铝绝缘基底上铂浆引线间；所述高温抗氧化保护层通过丝网印刷覆于所述氧化铟锡复合敏感层上；银浆焊点焊接于铂浆引线上与铂丝固连，氧化铟锡复合敏感层是通过氧化铟
锡粉末与前驱体陶瓷溶液进行混合，将氧化铟锡薄膜稳定预制于氧化铝绝缘基底上，能够实现薄膜高温稳定性的提高。
47.本发明通过韦森堡直写技术将氧化铟锡薄膜原位直写与基底上，可有效地控制薄膜厚度。韦森堡直写是一种液相沉积技术，能够快速将氧化铟锡复合溶液直写于基底上，并控制相关程序实现图案化。
48.本发明提供的方法区别于传统的制备工艺，利用激光热解方式制备氧化铟锡复合敏感层，一方面热解使得前驱体陶瓷有机溶液实现导电功能，可与氧化铟锡粉末形成导电网络，实现氧化铟锡复合导电敏感薄膜的制备。另一方面，由于热效应的作用，氧化铟锡复合敏感层与基底产生了冶金结合，增大二者的结合。
49.上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。