(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210923490.7 (22)申请日 2022.08.02 (71)申请人 中国电子科技 集团公司第四十八研 究所 地址 410111 湖南省长 沙市天心区新 开铺 路1025号 (72)发明人 余浪　车颜贤　张浩　何峰　 杨晓生　周国方　 (74)专利代理 机构 湖南兆弘专利事务所(普通 合伙) 43008 专利代理师 何文红 (51)Int.Cl. G01K 7/02(2021.01) G01B 7/16(2006.01) G01K 17/00(2006.01)G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 集温度、 应变和热流测试功能为一体的耐高 温薄膜传感器及其制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种集温度、 应变和热流测试 功能为一体的耐高温薄膜传感器及其制备方法， 该耐高温薄膜传感器包括基底以及其表面设置 的高温胶层、 Ta2O5薄膜层和SiO2薄膜层， 以及第 一薄膜热电偶、 热电偶堆和应变敏感栅， 且表面 覆盖有保护层。 其制备方法包括： 在基底表面制 备上述各薄膜层。 与常规耐高温薄膜传感器相 比， 本发明耐高温薄膜传感器， 具有更加优异的 耐高温性能和结构稳定性， 使用寿命更长， 测量 精度更高， 可同时用于测量涡 轮叶片在高工作温 度、 高转速下的工作参数(如温度、 应变、 热流 等)， 使用价值高， 应用前景好， 其制备方法具有 工艺简单、 操作方便、 制备成本低廉、 良品率高等 优点， 适合于大规模制备， 利于 工业化应用。 权利要求书4页 说明书9页 附图6页 CN 115389043 A 2022.11.25 CN 115389043 A 1.一种集温度、 应变和热流测试功能为一体的耐高温薄膜传感器， 其特征在于， 包括基 底， 所述基底表面由下至上依次设有高温胶层、 Ta2O5薄膜层和SiO2薄膜层； 所述SiO2薄膜层 上设有多功能复合功 能层； 所述多功能复合功能层包括用于测量温度的第一薄膜热电偶、 用于测量热流的热电偶堆和用于测量应变的应变敏感栅； 所述多功能复合功能层上还覆盖 有保护层。 2.根据权利要求1所述的耐高温薄膜传感器， 其特征在于， 所述高温胶层的材质为 Al2O3； 所述高温胶层的厚度为3 μm～5 μm； 所述Ta2O5薄膜层的厚度为1 μm～1.5 μm； 所述SiO2薄 膜层的厚度为1.5 μm～ 2 μm。 3.根据权利要求2所述的耐高温薄膜传感器， 其特征在于， 所述第 一薄膜热电偶包括第 一正极薄膜和 第一负极薄膜， 所述第一正极薄膜的一端与所述第一负极薄膜的一端连接形 成工作端； 所述第一正极薄膜的材质为NiCr合金； 所述第一正极薄膜的厚度为600nm～ 800nm； 所述第一负极 薄膜的材质为 NiSi合金； 所述第一负极 薄膜的厚度为6 00nm～800nm； 所述热电偶 堆包括至少两个串联连接的第 二薄膜热电偶， 所述第 二薄膜热电偶包括第 二正极薄膜和 第二负极薄膜， 所述第二正极薄膜的一端与所述第二负极薄膜的一端连接形 成工作端； 所述第二正极薄膜的材质为PtRh合金； 所述第二正极薄膜的厚度为 1 μm～5 μm； 所 述第二负极 薄膜的材质为Pt； 所述第二负极 薄膜的厚度为1 μm～5 μm； 所述应变敏感栅的材质为PdCr合金； 所述应 变敏感栅的厚度为5 00nm。 4.根据权利要求3所述的耐高温薄膜传感器， 其特征在于， 所述耐高温薄膜传感器还包 括设在基底上的第一引线电极、 第二引线电极、 第三引线电极、 第四引线电极、 第 五引线电 极、 第六引线电极； 所述第一引线电极、 第二引线电极、 第三引线电极、 第四引线电极、 第五 引线电极、 第六引线电极的材质均为Pt； 所述第一引线电极、 第二引线电极、 第三引线电极、 第四引线电极、 第五引线电极、 第六引线电极的厚度均为1 μm～1.5 μm； 所述第一正极薄膜的外接端与第 一引线电极连接； 所述第 一负极薄膜的外接端与第 二 引线电极连接； 所述第二正极薄膜的外接端与第 三引线电极连接； 所述第 二负极薄膜的外接端与第四 引线电极连接； 所述应变敏感栅的两端分别与第五引线电极、 第六引线电极连接 。 5.根据权利要求1～4中任一项所述的耐高温薄膜传感器， 其特征在于， 所述热电偶堆 上还设有热障层； 所述 热障层覆盖热电偶的中间部分上； 所述 热障层的材质为Al2O3； 所述热 障层的厚度为3 μm～4 μm； 所述保护层的材质为氧化钇稳定的氧化锆； 所述保护层的厚度为1 μm～3 μm； 所述基底为发动机叶片。 6.一种集温度、 应变和热流测试功能为一体的耐高温薄膜传感器的制备方法， 其特征 在于， 包括以下步骤： S1、 对基底进行研磨和清洗； S2、 在基底 表面涂覆高温胶 层； S3、 对高温胶 层进行热处理； S4、 采用双离 子束溅射镀膜工艺在热处 理后的高温胶 层表面沉积Ta2O5薄膜层； S5、 对Ta2O5薄膜层进行 热处理；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115389043 A 2S6、 采用双离 子束溅射镀膜工艺在热处 理后的Ta2O5薄膜层表面 沉积SiO2薄膜层； S7、 将柔性掩膜放置在SiO2薄膜层上， 采用双 离子束溅射镀膜工艺在SiO2薄膜层上对应 的位置上制备应变敏感栅； 将不锈钢掩膜放置在SiO2薄膜层上， 采用双离子束溅射镀膜工 艺在SiO2薄膜层上对 应的位置上制备第一薄膜热电偶； 将柔性掩膜放置在SiO2薄膜层上， 采 用双离子束溅射镀膜工艺在SiO2薄膜层上对应的位置上制备 热电偶堆； S8、 采用双离子束溅射镀膜工艺在第一薄膜热电偶、 热电偶堆和应变敏感栅上制备保 护层； S9、 对保护层进行 热处理， 完成对耐高温薄膜传感器的制备。 7.根据权利要求6所述的制备方法， 其特征在于， 步骤S7中， 还包括： 将不锈钢掩膜放置 在热电偶堆上， 采用双离子束溅射镀膜工艺在热电偶堆上制备热障层； 所述热障层的制备 过程中， 所述双离子束溅射镀膜工艺的工艺参数为： 电压为500V～530V， 电流为50mA～ 53mA； 步骤S8中， 在制备保护层 之前还包括： 将柔性掩膜放置在第一薄膜热电偶、 热电偶堆和 应变敏感栅上， 采用双离子束溅射镀膜工艺在SiO2薄膜层上制备第一引线电极、 第二引线 电极、 第三引线电极、 第四引线电极、 第五引线电极、 第六引线电极； 所述第一引线电极、 第 二引线电极、 第三引线电极、 第四引线电极、 第五引线电极、 第六引线电极的制备过程中， 所 述双离子束 溅射镀膜工艺的工艺参数为： 以纯度为99.99％的Pt靶 材作为靶 材， 电压为500V ～530V， 电流为45mA～50mA。 8.根据权利 要求6或7所述的制备方法， 其特征在于， 步骤S1中， 采用800#砂纸对基底进 行打磨处理， 时间为20min～30min； 所述清洗为依次在 丙酮中超声清洗10min～15min、 在酒 精中超声清洗15min～20min、 在去离子水中超声清洗15min～20min； 所述清洗完成后在80 ℃～100℃下干燥20mi n～30min； 步骤S2中， 采用匀胶机在基底表面涂覆高温胶层； 所述涂覆完成后在空气中风干1h～ 1.5h； 步骤S3中， 所述热处理为先升温至80℃～90℃处理25min～45min， 在升温至215℃～ 235℃处理20min～40min， 最后升温至 330℃～350℃处理30min～50min； 步骤S4中， 所述双 离子束溅射镀膜工艺的工艺参数为： 以纯度为99.99％的Ta2O5靶材作 为靶材， 本底真空低于2.5 ×10‑4Pa， 电压为400V～450V， 电流为40mA～50mA， 氧气流量为 4sccm～6sccm； 步骤S5中， 所述热处理在氧气气氛下进行； 所述热处理的温度为550℃～650℃； 所述热 处理的时间为 4h～6h； 步骤S6中， 所述双离子束溅射镀膜工艺的工艺参数为： 以纯度为99.99％的SiO2靶材作 为靶材， 本底真空低于3.0 ×10‑4Pa， 电压为460V～480V， 电流为40mA～50mA， 氧气流量为 6sccm～8sccm； 步骤S7中， 所述应变敏感栅的制备过程中， 所述双离子束溅射镀膜工艺的工艺参数为： 以纯度为99.99％的87％Pd ‑13％Cr靶材作为靶材， 电压为500V～ 550V， 电流为45mA～ 55mA； 所述第一薄膜热电偶的制备过程中， 以纯度为99.99％的90％Ni ‑10％Cr靶 材作为靶 材制备 第一正极薄膜， 以纯度为99.99％的97％Ni ‑3％Si靶材作为靶 材制备第一负极薄膜； 所述第 一正极薄膜的制备过程中， 所述双离子束溅射镀膜工艺的工艺参数为： 电压为500V～550V，权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115389043 A 3