專利名稱：一種薄膜電阻溫度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜電阻溫度計的制作方法，該薄膜電阻溫度計適用于尖前緣駐點熱流測量。
背景技術(shù)：
尖前緣外形飛行器在氣動性能上存在較大優(yōu)勢，但會帶來熱流密度大、防熱困難的問題。另外，新型高超聲速飛行器要保持外形，維持高升阻比，必需采用非燒蝕的熱防護技術(shù)，對熱環(huán)境預測精度提出更高的要求。在風洞實驗測量方面，由于尖前緣曲率大，對熱流測量傳感器(例如薄膜電阻溫度計)的要求非?？量蹋炔荒芷茐那熬壍男兔?，還要反映出真實的熱流載荷。另外，風洞實驗時氣流沖刷對于薄膜電阻溫度計的破壞會嚴重影響熱流測量精度，尤其是對于前緣駐點部位。目前，常規(guī)的柱狀薄膜電阻溫度計可用于測量頭部半徑大于15mm的前緣駐點熱流，小于IOmm時傳感器端面對型面的破壞會引入較大誤差，甚至無法測量。因此，尖前緣熱環(huán)境測量的關(guān)鍵是制作出一種適用于測量尖前緣外形駐點熱流的薄膜電阻溫度計。常規(guī)柱狀薄膜電阻溫度計的制作采用真空離子濺射鍍膜機在柱狀玻璃基底端面鍍上一層Pt薄膜，形狀通常有“一”字形、“S”形等。由于鍍膜過程中和薄膜熱處理過程中需要將玻璃基底加熱到600°c左右的高溫，因此傳感器的玻璃基底采用耐高溫的高硼硅玻璃。鍍膜前利用卡具將合金掩膜緊緊地壓在玻璃基底的端面，通氬氣濺射將Pt靶材上的金屬淀積到掩膜上，由于掩膜上存在“一”字形、“S”形的縫隙，因此在玻璃基底端面便形成相同形狀的金屬薄膜。對于尖前緣外形的玻璃基底，在前緣尖點沿軸向鍍膜，直接采用上述方法會使得掩膜上0. Imm寬縫隙的兩邊上翹，導致薄膜發(fā)虛，寬度增大，而且前后不一致，呈橄欖形。這樣得到的薄膜寬度會達到0. 5mm 1_，從而引起薄膜電阻變化和傳感器電阻溫度系數(shù)的不穩(wěn)定。另外，對于尖前緣駐點熱流測量，薄膜寬度增大使得其測量的熱流是前緣部位較大周向角范圍內(nèi)的平均熱流，與真正的駐點熱流有較大的偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于尖前緣駐點熱流測量的薄膜電阻溫度計的制作方法，實現(xiàn)在尖前緣尖部鍍膜，并能夠使得薄膜更加牢固和耐沖刷，從而能夠精確測量尖前緣駐點熱流。本發(fā)明包括如下技術(shù)方案一種薄膜電阻溫度計的制作方法，所述薄膜電阻溫度計用于測量尖前緣駐點熱流，其特征在于，包、括下列步驟(I)清洗玻璃基底，所述玻璃基底包括一個尖前緣；(2)在玻璃基底的尖前緣沿其長度方向鍍鉬薄膜；(3)對鉬薄膜進行熱處理，使鉬薄膜老化；
(4)在玻璃基底上刷涂銀漿，對銀漿進行烘干和燒結(jié)；(5)在所述尖前緣沿其周向鍍伽馬合金薄膜，后在伽馬合金薄膜上鍍銀薄膜，通過銀薄膜將鉬薄膜兩端與銀漿連接起來。所述步驟⑵中鉬薄膜的寬度為0. 1mm、長度為5mm。
所述步驟(3)通過如下方法實現(xiàn)在溫控爐中對鉬薄膜進行熱處理，600°C條件下持續(xù)4個小時，后降溫至160°C持續(xù)24小時，使鉬薄膜老化。所述溫控爐內(nèi)為氬氣環(huán)境。所述步驟⑷中銀漿寬度為1mm，距離鉬薄膜為5mm。所述步驟(5)中鍍伽馬合金薄膜時間為3分鐘，鍍銀薄膜時間為45分鐘。銀薄膜寬1_、長10_。所述步驟(2)通過以下方法實現(xiàn)制作第一掩膜，所述第一掩膜包括多個縫隙；將玻璃基底固定在鍍膜夾具上，玻璃基底的尖前緣與鍍膜夾具的端面組合成一個平面；將第一掩膜壓緊到所述平面；在所述縫隙上形成鉬薄膜。所述鍍膜卡具包括基底、壓板、卡口、側(cè)邊可調(diào)螺釘、和底部可調(diào)螺釘。所述步驟(5)通過以下方法實現(xiàn)制作第二掩膜，所述第二掩膜包括多個縫隙；通過所述鍍膜夾具將第二掩膜貼緊在尖前緣外形的玻璃基底上；在所述縫隙上先形成伽馬合金薄膜后形成銀薄膜。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是通過本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)尖前緣玻璃基底尖點部位沿前緣長度方向的精確鍍膜；通過對鉬薄膜進行熱處理，使薄膜老化，使得鉬薄膜更加牢固和耐沖刷；采用先刷涂銀漿，然后對銀漿進行烘干和燒結(jié)，再鍍銀膜的方式，避免了銀漿熱處理過程中的高溫對銀膜的破壞，由于在尖前緣尖點部位引線為銀膜，沒有改變尖前緣外形，從而保證能夠精確測量尖前緣駐點熱流。


圖la、圖Ib分別為本發(fā)明的尖前緣外形玻璃基底外形主視圖和剖面圖；圖2a為本發(fā)明的尖前緣外形玻璃基底鍍膜專用卡具主視圖；圖2b為本發(fā)明的尖前緣外形玻璃基底鍍膜專用卡具附視圖；圖3a為本發(fā)明的尖前緣外形玻璃基底鍍鉬薄膜用掩膜；圖3b為本發(fā)明的尖前緣外形玻璃基底鍍銀薄膜用掩膜；圖4為本發(fā)明的適用于尖前緣駐點熱流測量的薄膜電阻溫度計。圖中，11-玻璃基底前緣、21-基底、22-壓板、23-卡口、24-側(cè)邊可調(diào)螺釘、25-底部可調(diào)螺釘、26-壓板中間的縫隙、31-鍍鉬薄膜用縫隙、32-鍍銀膜引線用縫隙、41-鉬薄膜、42-銀膜引線、43-銀漿引線。
具體實施例方式(I)利用丙酮清洗尖前緣外形的高硼硅玻璃基底，并在鍍膜機中利用離子轟擊的方式對所述玻璃基底進行再次清洗，離子轟擊的時間為20分鐘。所述玻璃基底的外形見圖1，包括一個尖前緣11 ;尖前緣的半徑范圍為Imm 5mm。前緣的長度方向為沿前緣尖部圓柱軸向，如圖Ia所示的箭頭方向。前緣的周向為沿圓柱的圓弧方向，如圖Ib所示的箭頭方向。所述尖前緣用于模擬飛行器的尖化前緣駐點部位。(2)將玻璃基底裝卡在鍍膜夾具中。鍍膜夾具的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括基底21、壓板22、卡口 23、側(cè)邊可調(diào)螺釘24、底部可調(diào)螺釘25。夾具的設(shè)計思想是將尖前緣11變成一個平面，然后再將掩膜壓緊到這個平面上，并控制好掩膜上的縫隙與尖前緣的位置關(guān)系，縫隙兩側(cè)就不會上翹，從而實現(xiàn)尖化前緣駐點部位的精確鍍膜。夾具的功能是可多自由度調(diào)節(jié)，能夠使得尖前緣與卡具端面組合成一個平面，然后將掩膜緊緊地壓在這個平面上，從而避免了縫隙兩邊的上翹。卡具的設(shè)計是根據(jù)尖化前緣外形，在基底21與卡口 23之間形成一個尖楔狀的空間，尖楔空間的角度與玻璃基底的尖前緣11楔角相同。鍍膜時將玻璃基底放入這個尖楔狀的空間內(nèi)，調(diào)節(jié)卡具側(cè)邊和底部的螺釘24、25將尖前緣11與基底21上表
面對齊并壓緊，在基底21上表面基本形成一個平面。壓板22的作用是將掩膜壓緊到這個平面。壓板22中間的縫隙26應(yīng)盡量小，目的是減小掩膜在高溫時的變形。因此，不同前緣半徑的玻璃基底需要設(shè)計不同縫隙的壓板。為了使得薄膜在基底21上的位置精確，需要在前緣頂端中心刻線，用于裝卡時與掩膜上的縫隙對齊。另外，玻璃基底沿前緣的長度方向位置也是可調(diào)的，目的同樣是為了調(diào)整Pt薄膜的位置。(3)在真空離子濺射鍍膜機中沿前緣的長度方向鍍鉬薄膜41，鍍膜的時間為16分鐘。鍍膜時使用的掩膜如圖3a所示，包括多個“一”字型縫隙31，從而使得鉬薄膜的寬度為
0.1mm、長度5mm。在鍍鉬薄膜的過程中將掩膜安裝在壓板和基底之間，并保證縫隙31與前緣中心對齊。(4)在溫控爐中對鉬薄膜進行熱處理，600°C條件下持續(xù)4個小時，達到了鉬的再結(jié)晶溫度，但小于形成PtO2的溫度。熱處理時溫控爐內(nèi)需為氬氣環(huán)境，減少爐內(nèi)其它元素的蒸汽，盡量避免Pt與這些元素形成化合物后降低Pt薄膜電阻溫度系數(shù)。然后，降溫至160°C持續(xù)24小時，使薄膜老化，可以加速處于不穩(wěn)定狀態(tài)的Pt金屬薄膜向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變。(5)在玻璃基底上劃線，并刷涂銀漿作為電阻溫度計的引線，銀漿43寬度為1mm，距離鉬薄膜為5mm。由于銀漿43是人工涂描銀漿制成的，存在一定的厚度(約0. I
0.3mm)，其形成的粗糙表面會造成測量誤差，尤其是在R= Imm尖化前緣駐點區(qū)域。為了消除引線厚度引起的測量誤差，采用在Pt薄膜兩端鍍銀膜，通過銀薄膜實現(xiàn)鉬薄膜和銀漿之間的連接，銀薄膜厚度在微米量級，對前緣外形沒有影響，從而可以提高熱流測量的準確性。(6)在溫控爐中對銀漿進行如下處理在150°C條件下持續(xù)8分鐘進行烘干，后調(diào)至550°C持續(xù)8分鐘對銀漿進行燒結(jié)。待玻璃基底自然冷卻降至常溫后，再重復一次上述處理過程。(7)純銀的電阻率為1.59X10_6Q 導電性很好。由于直接在玻璃基底上鍍銀引線薄膜的附著力太差，在直接劃痕法的檢驗下薄膜即發(fā)生脫落。采用放入接觸金屬的方法，在鍍銀引線前先鍍上一層伽馬合金打底作為接觸金屬，可以增加銀膜的附著力。因此，在真空離子濺射鍍膜機中沿前緣尖部周向鍍伽馬合金薄膜，后在伽馬合金薄膜上鍍銀薄膜42，將鉬薄膜41兩端與銀漿引線43連接起來。鍍銀膜時使用的掩膜為“一”字型縫隙掩膜(如圖3b所示)，掩膜包括多個縫隙32。掩膜使用方法與鍍鉬薄膜時不同，需要將掩膜完全貼緊在尖前緣外形的玻璃基底上，底部可調(diào)螺釘此時起緊固作用，掩膜縫隙沿前緣的周向。
(8)在銀漿43上焊導線，導線長度2m，電阻小于IQ。在水浴加熱設(shè)備中并對傳感器進行標定，傳感器標定溫度范圍0°c至100°C，并給出電阻溫度系數(shù)a (/°C)。制作完成的薄膜電阻溫度計如圖4所示，包括在玻璃基底尖前緣上形成的鉬薄膜41、銀薄膜42、和銀漿43 ;鉬薄膜41作為溫度計的敏感部件，銀薄膜42、和銀漿43 —起組成溫度計的引線。本發(fā)明采用專用夾具固定尖前緣外形的玻璃基底，并使得掩膜很好地貼合到前緣尖部，掩膜縫隙兩邊不變形，實現(xiàn)尖前緣玻璃基底尖點部位沿前緣軸線方向的精確鍍膜。
本發(fā)明的方法中采用在溫控爐中對鉬薄膜進行熱處理，600°C條件下持續(xù)4個小時，后降溫至160°C持續(xù)24小時，使薄膜老化的方式，使得鉬薄膜更加牢固和耐沖刷。為了防止對Pt薄膜的二次污染，將鉬薄膜高溫熱處理和銀漿烘干采用不同的溫控爐獨立進行。本發(fā)明未詳細說明部分為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識。
權(quán)利要求
1.一種薄膜電阻溫度計的制作方法，所述薄膜電阻溫度計用于測量尖前緣駐點熱流，其特征在于，包括下列步驟 (1)清洗玻璃基底，所述玻璃基底包括一個尖前緣； (2)在玻璃基底的尖前緣沿其長度方向鍍鉬薄膜； (3)對鉬薄膜進行熱處理，使鉬薄膜老化； (4)在玻璃基底上刷涂銀漿，對銀漿進行烘干和燒結(jié)； (5)在所述尖前緣沿其周向鍍伽馬合金薄膜，后在伽馬合金薄膜上鍍銀薄膜，通過銀薄膜將鉬薄膜兩端與銀漿連接起來。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于所述步驟(2)中鉬薄膜的寬度為 0.1mm、長度為 Bmnin
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于所述步驟(3)通過如下方法實現(xiàn)在溫控爐中對鉬薄膜進行熱處理，600°C條件下持續(xù)4個小時，后降溫至160°C持續(xù)24小時，使鉬薄膜老化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于所述溫控爐內(nèi)為氬氣環(huán)境。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于所述步驟(4)中銀漿寬度為1mm，距離鉬薄膜為5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于所述步驟(5)中鍍伽馬合金薄膜時間為3分鐘，鍍銀薄膜時間為45分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于銀薄膜寬1mm、長10mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作方法，其特征在于所述步驟(2)通過以下方法實現(xiàn)制作第一掩膜，所述第一掩膜包括多個縫隙；將玻璃基底固定在鍍膜夾具上，玻璃基底的尖前緣與鍍膜夾具的端面組合成一個平面；將第一掩膜壓緊到所述平面；在所述縫隙上形成鉬薄膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于所述鍍膜卡具包括基底21、壓板22、卡口 23、側(cè)邊可調(diào)螺釘24、底部可調(diào)螺釘25。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于所述步驟(5)通過以下方法實現(xiàn)制作第二掩膜，所述第二掩膜包括多個縫隙；通過所述鍍膜夾具將第二掩膜貼緊在尖前緣外形的玻璃基底上；在所述縫隙上先形成伽馬合金薄膜后形成銀薄膜。
全文摘要
一種薄膜電阻溫度計的制作方法，所述薄膜電阻溫度計用于測量尖前緣駐點熱流，(1)清洗玻璃基底，所述玻璃基底包括一個尖前緣；(2)在玻璃基底的尖前緣沿其長度方向鍍鉑薄膜；(3)對鉑薄膜進行熱處理，使鉑薄膜老化；(4)在玻璃基底上刷涂銀漿，對銀漿進行烘干和燒結(jié)；(5)在所述尖前緣沿其周向鍍伽馬合金薄膜，后在伽馬合金薄膜上鍍銀薄膜，通過銀薄膜將鉑薄膜兩端與銀漿連接起來。采用本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)在尖前緣尖部鍍膜，并能夠使得薄膜更加牢固和耐沖刷，從而能夠精確測量尖前緣駐點熱流。
文檔編號C23C14/34GK102749148SQ201210243759
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者宮建, 師軍, 林鍵, 陳星 申請人:中國航天空氣動力技術(shù)研究院