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用于1000℃以上工作的高温压力传感器的陶瓷基板材料性能

 时间:2022-06-09     浏览:875     分享

近年来,高温传感器因其在高温、高压、腐蚀性环境等恶劣环境下,以及受到强烈机械冲击时的优异性能而备受关注。例如,飞机发动机中的压力监测对于飞机的正确运行非常重要。

 

目前,已深入研究的高温压力传感器包括绝缘体上硅、高温压力传感器、Sic高温压力传感器、硅蓝宝石压力传感器、光纤压力传感器、微波散射频压力传感器等。在这些高温压力传感器中,基于高温共烧陶瓷(HTCC)氧化铝陶瓷基板LC电路压力传感器可以在800℃以上的温度下工作。基于陶瓷的温度传感器已显示在1000℃以上工作。通过考虑这些高温传感器的各种基板材料,可以得出结论,高温传感器的基材必须在恶劣环境下保持稳定的性能。

 

这四种常见的高温陶瓷基材,99Al 2 O 3、97Al 2 O3、蓝宝石和ZrO 2具有良好的抗氧化和抗腐蚀能力,即使在恶劣的环境中也能保持稳定性能。由于这些陶瓷的材料加工技术非常成熟,预计将有可能使用它们来制备可以在1000°C以上工作的高温传感器。因此,我们选择了这四种耐火陶瓷基板基材研发。

 

耐火陶瓷基材的机械性能和热性能对其用作高温压力传感器的基板材料,具有重要意义。温度的任何变化都会显着影响传感器的性能,尤其是在应力水平特别高的接触条件下。有几种方法可用于评估机械性能,三点弯曲试验已用于测量复合陶瓷基板的强度;而赫兹压痕测试已被用于测量氧化铝和氧化锆陶瓷板的应力应变特性。

 

对于赫兹压痕测试,需要三个条件:

第一,接触面的变形要小;

第二,其次,接触面必须是椭圆形的;

第三,接触对象应表现为弹性半空间。

 

只有同时满足这个三个条件,测量才能被认为是赫兹接触,测试才有效。对于三点弯曲法,加载相对简单,所需的样品尺寸也很小;然而,由于高度局部加载,样品不会受到均匀的力。这可能会导致样品的某些部分漏检,并影响测量的准确性,由于本研究中的样品比较均匀,缺陷分布均匀。

 

对于热性能(如热导率)的测量,常用的测试包括稳态法和非稳态法。稳态法包括热流计法和热板法;非稳态法包括热线法和瞬态激光发射法。稳态方法仅限于测量纵向热导率,有效温度范围有限。此外,这些方法主要适用于低导热材料和隔热材料。在之前的本文中,提出了三种热导率测量方法,每种方法都有其优点和缺点。在另一项研究中,开发了一种瞬态短热线技术,用于同时测量热导率和热扩散率;研究了热物理特性和热线、绝缘涂层和样品尺寸的影响。在热线法中,需要在测试前将热线插入样品中,并且需要更大的样品量。考虑到这四种陶瓷基板的莫氏硬度都比较大,这种方法对本研究中这些陶瓷样品的测量不是很方便。

 

激光闪光方法,例如瞬态激光发射,已被用于测量陶瓷和金属的热性能,也可能适用于测量聚合物的热性能。激光闪光法的优点是样品可以小,检测速度快,有效温度范围广。在测试期间,仅测量相对温度,无需校准仪器以进行绝对温度测量。由于这些优点,小编在本文研究中选择了瞬态激光发射方法来测量热导率。

 

通过在 25°C 1500°C 的温度范围内测量高温陶瓷基板的机械和热性能,我们可以评估它们在制备用于超高温环境的传感器设备中的适用性。