陶瓷薄膜熱電偶研究進(jìn)展

張 瑤， 丁桂甫， 王 強(qiáng)， 張叢春， 程 萍

(1.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 微納電子系 微納米加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240; 2.上海中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限責(zé)任公司，上海 201108)

陶瓷薄膜熱電偶研究進(jìn)展

張 瑤1， 丁桂甫1， 王 強(qiáng)2， 張叢春1， 程 萍1

(1.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 微納電子系 微納米加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240; 2.上海中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限責(zé)任公司，上海 201108)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)各部件表面工作溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)安全監(jiān)控及性能驗(yàn)證等有重要意義，隨著第三代飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)—陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)，陶瓷薄膜熱電偶已成為研究熱點(diǎn)。綜述了陶瓷薄膜熱電偶材料種類(lèi)、制備工藝、熱電性能、高溫穩(wěn)定性及其測(cè)試技術(shù)的研究現(xiàn)狀，指出了陶瓷熱電偶當(dāng)前需要研究的問(wèn)題。

陶瓷； 薄膜熱電偶； 賽貝克系數(shù)

0 引 言

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪、燃燒室等高溫部件的冷卻設(shè)計(jì)以及熱障涂層的性能試驗(yàn)研究中，準(zhǔn)確測(cè)量高溫部件的表面溫度是非常關(guān)鍵和必要的[1]。測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)部件壁面溫度的方法很多，傳統(tǒng)的如直接在測(cè)點(diǎn)位置處焊接或埋入線或者箔狀熱電偶以實(shí)現(xiàn)壁面溫度測(cè)量，這種測(cè)量方法的技術(shù)較為成熟，但對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部件結(jié)構(gòu)破壞較大，且易產(chǎn)生氣流擾動(dòng)，存在影響部件強(qiáng)度及氣動(dòng)性能的風(fēng)險(xiǎn)。T型薄膜熱電偶(TFTC)能夠直接沉積在渦輪葉片上，具有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部件結(jié)構(gòu)破壞程度小、不影響流場(chǎng)性能，且測(cè)試精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間快、可陣列化與批量化，因此，特別適于測(cè)量物體表面和小間隙場(chǎng)所的溫度，尤其是對(duì)測(cè)試響應(yīng)時(shí)間要求較高或溫度快速變化的區(qū)域[2]。

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的不斷提高，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的表面溫度已高達(dá)1 500 ℃以上，構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的材料也由鎳基高溫合金向陶瓷發(fā)展?；谫F金屬(比如Pt、Ph)的薄膜熱電偶存在輸出電勢(shì)低、價(jià)格昂貴，以及金屬與陶瓷基底間因熱膨脹系數(shù)不匹配會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，造成薄膜脫落現(xiàn)象等缺點(diǎn)[3]。此外，貴金屬薄膜熱電偶在高于1 000 ℃以上時(shí)也存在揮發(fā)和氧化問(wèn)題[4～6]，在高溫下性能不穩(wěn)定。與貴金屬薄膜熱電偶相比，陶瓷薄膜熱電偶與發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷基底具有相近的熱膨脹系數(shù)，在高溫下與基底有較強(qiáng)的結(jié)合力；同時(shí)具有高熔點(diǎn)、高賽貝克系數(shù)和在高溫下化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此陶瓷薄膜熱電偶已成為研究熱點(diǎn)之一。本文綜述了陶瓷薄膜熱電偶國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及其靜態(tài)、瞬態(tài)測(cè)量技術(shù)。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代末期，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的Yust M等人[7]通過(guò)反應(yīng)濺射法沉積了ITO/In2O3透明導(dǎo)電薄膜熱電偶，研究了ITO和In2O3的熱電性能和穩(wěn)定性能，測(cè)試其賽貝克系數(shù)為0.14 mV/℃，但是純In2O3的高電阻率限制了它的應(yīng)用。1992年，Kreider K G[8]對(duì)N型半導(dǎo)體材料構(gòu)成的透明薄膜熱電偶ITO/ATO(氧化銦錫/氧化銻錫)進(jìn)行了研究，研究表明，ITO/ATO熱電偶的塞貝克系數(shù)依賴于制備工藝參數(shù)(基底溫度、濺射氣氛、濺射速率等)，ITO/ATO薄膜熱電偶的賽貝克系數(shù)在12～80 μV/℃范圍內(nèi)變化。

1994年，Kreider K G又系統(tǒng)研究了硅化物陶瓷材料的高溫穩(wěn)定性和熱電性能，結(jié)果表明，基于MoSi2和TiSi2的薄膜熱電偶器件能夠承受1 200 ℃高溫，可以通過(guò)多層膜技術(shù)抑制硅化物的氧化，獲得穩(wěn)定的賽貝克系數(shù)，但是產(chǎn)生的熱電勢(shì)較小[9]。

1999年，Bhatta H D等人首次研制出TiC/TaC薄膜熱電偶[10]。TiC和TaC薄膜通過(guò)濺射方法沉積到氧化鋁基片上，熱電偶最高測(cè)量溫度可達(dá)1 077 ℃，顯示出很好的穩(wěn)定性和良好的耐高溫性能。同年Bhatta H D等人[11]通過(guò)激光脈沖方法將復(fù)合氧化物薄膜La(1-x)SrxCoO3(x=0.3,0.5, 0.7)沉積在藍(lán)寶石基底上，并在不同溫度下退火處理。測(cè)試結(jié)果表明，在三種Sr成分中，La0.7Sr0.3CoO3具有最好的化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且穩(wěn)定溫度能夠達(dá)到1 000 ℃。

進(jìn)入21世紀(jì)，陶瓷薄膜熱電偶的研究有了進(jìn)一步的發(fā)展。2004年，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的Wrbanek J D等人[12]選擇CrSi2和TaC這兩種陶瓷薄膜材料作為熱電偶的電極，與Pt，PtRh薄膜一同沉積在氧化鋁基片上，如圖1(a)所示。由圖1(b)可以看出，CrSi2/Pt薄膜熱電偶的熱電勢(shì)要比Pt/PtRh薄膜熱電偶更加優(yōu)越，但是TaC/Pt的賽貝克系數(shù)最小，而且很快失效。

圖1 薄膜熱電偶實(shí)物及其性能[12]

2005年，Gregory O J等人研究了雙ITO陶瓷薄膜熱電偶[13]，熱電偶由兩個(gè)不同電子濃度的ITO電極組合而成，兩個(gè)電極分別在富氧和富氮的氣氛下通過(guò)射頻濺射的方法沉積在高純氧化鋁基底上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ITO薄膜熱電偶在氧氣氣氛中能承受1 250 ℃的高溫，具有很好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，不過(guò)賽貝克系數(shù)比較低，只有6 μV/℃。

2009年，Kumar S R S等人[14]通過(guò)反應(yīng)直流濺射在玻璃基底上沉積了ITO/摻Mn ITO薄膜熱電偶。結(jié)果表明，Mn的摻入使ITO薄膜的電阻有微小的增大，但是具有更大的賽貝克系數(shù)，Mn含量為4.3 %時(shí)熱電偶具有最高的賽貝克系數(shù)(100 ℃環(huán)境下為94 μV/℃)。這項(xiàng)研究為通過(guò)在ITO中摻入磁性元素增加賽貝克系數(shù)提供了途徑。

2010年，Gregory O J等人系統(tǒng)地對(duì)ITO、摻Al2O3的ZnO和NiCrCoAlY/Al2O3納米復(fù)合材料進(jìn)行了研究與比較[15]。研究結(jié)果表明，雙ITO熱電偶(摻N的ITO與摻O的ITO組成的熱電偶)最高測(cè)量溫度能達(dá)到1 200 ℃，產(chǎn)生的賽貝克系數(shù)為6 μV/℃。摻Al2O3的ZnO與ITO薄膜組成的熱電偶在低溫下能夠產(chǎn)生很高的電動(dòng)勢(shì)，但是高溫穩(wěn)定性不夠。NiCrCoAlY/Al2O3和摻N的ITO組成的薄膜熱電偶在高溫下熱電勢(shì)也有很好的線性關(guān)系，可以產(chǎn)生高于雙ITO熱電偶兩個(gè)數(shù)量級(jí)的賽貝克系數(shù)(375 μV/℃)。

2011年，Gregory O J等人又深入研究了In2O3和ITO薄膜熱電偶[16],分別對(duì)Pt/In2O3，Pt/In2O3∶SnO2(質(zhì)量比為90∶10)，Pt/ In2O3∶SnO2(質(zhì)量比為95∶5)，In2O3/ITO這4個(gè)熱電偶進(jìn)行性能測(cè)試。圖2(a)可以看出，Pt/In2O3在1 273 ℃下具有最大的熱電輸出(238 mV)，但是有明顯的滯后效應(yīng)；Pt/ITO滯后效應(yīng)不明顯，但產(chǎn)生熱電輸出較小。這些薄膜熱電偶顯示出優(yōu)良的穩(wěn)定性和耐久性，在高溫下的工作時(shí)間超過(guò)50 h。圖2為不同成分材料熱電偶的特性曲線，由圖可以看出，薄膜熱電偶的熱電輸出與溫度的函數(shù)關(guān)系并非線性，而是呈“S”型。

圖2 熱電曲線[16]

同年，Gregory O J等人通過(guò)金屬陶瓷共濺射工藝在In2O3中摻入Pd納米顆粒來(lái)獲得更好的熱電性能[17]，通過(guò)對(duì)摻入不同Pd含量的In2O3進(jìn)行比較，得出當(dāng)摻入6 %的Pd時(shí)，In2O3薄膜的熱電性能達(dá)到了最優(yōu)，并且薄膜在1 000 ℃氧氣環(huán)境下也能保持很好的穩(wěn)定性。

2012年，Gregory O J等人研究了N2,Ar,O2對(duì)In2O3,ITO薄膜穩(wěn)定性和熱電性能的影響[18]。如圖3所示，In2O3在純Ar和O2氣氛中濺射得到的賽貝克系數(shù)比在N2氣氛中得到的大很多，雖然N的摻入使In2O3/ITO薄膜熱電偶的熱電輸出減小，但是具有更低的漂移率和更好的穩(wěn)定性。摻N的In2O3與摻N的ITO(95∶5)熱電漂移率僅為0.57 ℃/h，并且在快速冷熱循環(huán)測(cè)試中表現(xiàn)出很小的滯后作用，與雙ITO電極熱電偶相比，產(chǎn)生的電勢(shì)有了很大的提升。

圖3 不同濺射氣氛下的In2O3賽貝克系數(shù)[18]

圖4 AlZnO-N∶ITO熱電偶及其熱電輸出[19]

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)在薄膜熱電偶方面起步比較晚，對(duì)陶瓷薄膜熱電偶的研究在最近幾年才開(kāi)始興起。2010年，蔣洪川等人[20,21]采用磁控濺射的方法將NiCr/NiSi薄膜熱電偶濺射在Ni基超合金基底上，測(cè)試得該熱電偶在25～600 ℃范圍內(nèi)具有很好的線性，賽貝克系數(shù)約為37.5 μV/℃。

2013年，趙文雅等人[22]在Ni基超合金基底上制備了Pt/ITO薄膜熱電偶，他們?cè)诩儦鍤夥罩袨R射1 μm厚Pt電極和1 μm厚ITO，然后蒸發(fā)一層厚約1 μm的Al2O3保護(hù)膜，Pt/ITO薄膜熱電偶的測(cè)試溫度可達(dá)1 000 ℃，平均塞貝克系數(shù)為107.45 μV/℃。

圖5 Pt/ITO薄膜熱電偶樣品照片[22]

2015年，劉海軍等人[25，26]分別在氧化鋁陶瓷基底和鎳合金基底上濺射沉積了In2O3/ITO陶瓷薄膜熱電偶。對(duì)于在氧化鋁基片上沉積的1.5 μm厚薄膜熱電偶，1 000 ℃的退火溫度能夠在一定程度上消除薄膜缺陷，有效地提高熱電偶的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)N摻雜后的薄膜熱電偶熱電輸出減小，熱穩(wěn)定性增加。對(duì)濺射在鎳合金基底上的In2O3/ITO熱電偶，在350～1 050 ℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱循環(huán)測(cè)試，結(jié)果表明，此熱電偶的賽貝克系數(shù)為175.3 μV/℃，使用壽命大于20 h，能在1 050 ℃高溫下穩(wěn)定工作7 h。

2016年，趙曉輝等人[27]研究了不同摻N濃度對(duì)Pt/ITON薄膜熱電偶的影響。研究表明,摻N越多，ITO熱電偶的電阻越大。ITON/Pt的平均賽貝克系數(shù)為75 μV/℃，比Pt/PtPh(8 μV/℃)熱電偶和雙ITO(6 μV/℃)薄膜熱電偶要高很多，穩(wěn)定性和熱點(diǎn)性能有了很大的提升。

縱觀國(guó)內(nèi)外陶瓷薄膜熱電偶的研究進(jìn)展，可以看出，在陶瓷薄膜熱電偶所用電極材料的選擇方面，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)基本能緊跟上國(guó)外，但國(guó)內(nèi)研制的陶瓷薄膜熱電偶在熱電性能、高溫穩(wěn)定性及壽命等方面與國(guó)外還存在一定的差距，這些性能取決于陶瓷靶材的純度、陶瓷薄膜的制備工藝以及陶瓷薄膜與基底材料之間的熱匹配等。此外，國(guó)外陶瓷薄膜熱電偶的電極線寬大部分能小到幾個(gè)至幾十微米，主要是利用MEMS微加工工藝制備，這個(gè)尺度的電極線寬有利于充分發(fā)揮薄膜熱電偶的不影響流場(chǎng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間快、可陣列化與批量化等優(yōu)勢(shì)，這也為進(jìn)一步研制基于薄膜熱電偶陣列的熱流計(jì)等高溫傳感器提供了重要技術(shù)基礎(chǔ)，但國(guó)內(nèi)薄膜熱電偶的線寬還只能在幾百微米甚至毫米尺度。

2 熱電偶特性測(cè)試技術(shù)

陶瓷薄膜熱電偶的熱電特性測(cè)試包括靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試，靜態(tài)測(cè)試可以得到熱電勢(shì)與溫度的線性關(guān)系，動(dòng)態(tài)測(cè)試能夠反映薄膜熱電偶的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。

2.1 靜態(tài)測(cè)試

靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)主要由檢定爐和數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成，如圖6所示[16]。將薄膜熱電偶的熱端放在爐內(nèi)，用隔熱板將爐內(nèi)溫度與外面隔開(kāi)，將冷端放置在恒溫水浴槽內(nèi)，保持冷端恒溫，并與數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接，將薄膜熱電偶熱端和冷端之間的電勢(shì)差記錄下來(lái)。為標(biāo)定薄膜熱電偶，將標(biāo)準(zhǔn)Pt/PtRh絲狀熱電偶的熱端、冷端分別置于薄膜熱電偶的熱端、冷端的附近，對(duì)薄膜熱電偶的測(cè)溫范圍進(jìn)行標(biāo)定。

圖6 陶瓷薄膜熱電偶靜態(tài)測(cè)試裝置[16]

2.2 瞬態(tài)測(cè)試

目前對(duì)陶瓷薄膜熱電偶動(dòng)態(tài)標(biāo)定的研究比較少，但可以參考絲狀熱電偶和金屬薄膜熱電偶的動(dòng)態(tài)測(cè)試，主要有可調(diào)Q值激光法、水滴法、激波管法和電加熱法等。

2000年，Serio B等人[28]利用激光法成功地測(cè)試了Au/Pt薄膜熱電偶，測(cè)得其響應(yīng)時(shí)間約為1 ms。激光動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)一般由激光系統(tǒng)、光束傳輸系統(tǒng)、顯微鏡和采集設(shè)備構(gòu)成，如圖7。激光器采用大功率的可以調(diào)節(jié)Q值的脈沖激光器作為高溫?zé)嵩?，用?lái)對(duì)熱結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生瞬間的溫度階躍，產(chǎn)生瞬間電壓階躍信號(hào)。檢測(cè)電路由冷端補(bǔ)償電路、低通濾波和限波電路、放大電路組成，用來(lái)動(dòng)態(tài)地消除冷端溫度變化的影響。最后用高精度的數(shù)字示波器或數(shù)據(jù)采集卡將電壓信號(hào)收集并記錄下來(lái)，根據(jù)記錄下來(lái)的波形分析薄膜熱電偶的瞬態(tài)響應(yīng)特性。由于此方法產(chǎn)生的溫度階躍比較快，能夠標(biāo)定響應(yīng)時(shí)間為μm級(jí)的薄膜熱電偶，因此成為應(yīng)用最為廣泛的方法。

圖7 可調(diào)Q值激光脈沖法測(cè)試系統(tǒng)圖[28]

2001年，Buttsworth D R等人[29]分別用水滴法和激波管法對(duì)K型薄膜熱電偶進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定。水滴法即通過(guò)一滴水以自由落體的方式落到表面已經(jīng)加熱的薄膜熱電偶的熱結(jié)點(diǎn)上，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的溫度階躍響應(yīng)而得到動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線的方法。此方法原理簡(jiǎn)單，易于操作，但是標(biāo)定的響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)，為ms量級(jí)；而且很難保證水滴的溫度恒定，水滴汽化也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不精確。

激波管法是通過(guò)激波管來(lái)產(chǎn)生瞬間的溫度變化。激波管通常是一根兩端封閉的柱形長(zhǎng)管，中間用一膜片隔成兩段，分別充有高壓驅(qū)動(dòng)氣體和低壓被驅(qū)動(dòng)氣體。薄膜熱電偶嵌在右邊的末端，膜片破裂后，高壓氣體膨脹，產(chǎn)生向右端低壓氣體中快速運(yùn)動(dòng)的激波，使右邊的氣體溫度瞬間升高，以此達(dá)到熱電偶動(dòng)態(tài)響應(yīng)的目的。用激波管測(cè)量薄膜熱電偶的響應(yīng)時(shí)間比水滴法精確，可以達(dá)到ms量級(jí)。

電加熱法[30]通過(guò)對(duì)薄膜熱電偶接入瞬間高壓，產(chǎn)生一個(gè)熱脈沖，熱源所發(fā)出的熱量在近乎瞬間內(nèi)，由于來(lái)不及擴(kuò)散出去，則薄膜熱電偶會(huì)在熱節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)熱源，相當(dāng)于給薄膜熱電偶一個(gè)溫度階躍。

3 結(jié)束語(yǔ)

陶瓷薄膜熱電偶以其耐高溫、高賽貝克系數(shù)、高熱穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，成為測(cè)量陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片表面溫度的最佳之選。綜合目前的研究進(jìn)展，陶瓷薄膜熱電偶的性能不僅取決于電極材料種類(lèi)，而且依賴于陶瓷薄膜的制備工藝、材料間的熱匹配等，因此陶瓷薄膜熱電偶還需要進(jìn)行深入研究，如提高陶瓷薄膜熱電偶的最高測(cè)量溫度范圍、提高其高溫穩(wěn)定性、提高測(cè)量精度等都是需要繼續(xù)研究的課題。

[1] 黃春峰，侯敏杰.現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)研究[R].成都：中國(guó)燃?xì)鉁u輪研究院，2008：16-23.

[2] Chen Y,Jiang H,Zhao W,et al.Fabrication and calibration of Pt-10 %Rh/Pt thin film thermocouples[J].Measurement,2014,48(1):248-251.

[3] Tougas I M,Amani M,Gregory O J.Metallic and ceramic thin film thermocouples for gas turbine engines[J].Sensors,2013,13:15324-15347.

[4] Jie Han,Ping Cheng,Hong Wang,et al.MEMS-based Pt film temperature sensor on an alumina substrate[J].Materials Letters,2014,125(15):224-226.

[5] Kreider K G.Sputtered high-temperature thin-film thermo-couple-s[J].Journal of Vacuum Science & Technology A—Vacuum Surfaces and Films，1993,11(4):1401-1405.

[6] 趙源深，楊麗紅.薄膜熱電偶溫度傳感器研究進(jìn)展[J].傳感器與微系統(tǒng),2012,31(2):1-3.

[7] Yust M，Krelder K G.Transparent thin film thermocouples[J].Thin Solid Films,1989,176:73-78.

[8] Kreider K G.Thin-film transparent thermocouples[J].Sensors and Actuators A:Physical,1992,34(2):95-99．

[9] Kreider K G.High temperature silicide thin-film thermocouples[J].Mater Res Soc Symp Proc,1994,322:285-290.

[10] Bhatt H D,Vedula R,Desu S B,et al.Thin film TiC/TaC thermocouples[J].Thin Solid Films,1999,34(2):214-220.

[11] Bhatta H D,Vedulaa R,Desua S B,et al.La1-xSrxCoO3for thin film thermocouple applications[J].Thin Solid Films,1999,350:249-257.

[12] Wrbanek J D,Fralick G C.Development of thin film ceramic thermo-couples for high temperature environments[C]∥The 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Florida,2004:1-9.

[13] Gregory O J,Tao Y.Ceramic temperature sensors for harsh environments[J].IEEE Sensors Journal,2005,5(5):833-838.

[14] Kumar S R S,Kasiviswanathan S.Transparent ITO-Mn:ITO thin-film thermocouples[J].IEEE Sensors Journal,2009,9(7):809-813.

[15] Gregory O J,Busch E,Fralick G C,et al.Preparation and characterization of ceramic thin film thermocouples[J].Thin Solid Films,2010,518(21):6093-6098.

[16] Chen X M,Gregory O J,Amani Matin.Thin-film thermocouples based on the system In2O3-SnO2[J].Journal of the American Ceramic Society,2011,94(3):854-860.

[17] Gregory O J，Amani M，F(xiàn)ralick G C.Thermoelectric power factor of In2O3:Pd nanocomposite films[J].Applied Physics Letters,2011,99(1):013107—1-013107—3.

[18] Gregory O J,Amani M,Tougas I M,et al.Stability and Microstructure of Indium Tin Oxynitride Thin Films[J].Journal of the American Ceramic Society,2012,95(2):705-710.

[19] Wrbanek J D,Fralick G C,Zhu D M.Ceramic thinfilm thermocouples for SiC-based ceramic matrix composites[J].Thin Solid Films,2012,520:5801-5806.

[20] 姚 飛,蔣洪川,張萬(wàn)里,等.金屬基NiCr-NiSi薄膜熱電偶的制備及性能研究[J].電子元件與材料,2010(9):6-8.

[21] 王從瑞,蔣洪川,陳寅之,等.功能結(jié)構(gòu)一體化NiCr/NiSi薄膜熱電偶的制備[J].測(cè)控技術(shù),2011,30(10):1-4.

[22] 趙文雅,蔣洪川,陳寅之,等.金屬基Pt/ITO薄膜熱電偶的制備[J].測(cè)控技術(shù),2013,32(4):23-25.

[23] 馬旭輪,苑偉政,馬炳和,等.CFCC-SiC基底NiCr/NiSi薄膜熱電偶制備及性能研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2014(3):304-307.

[24] 陳寅之.在鎳基高溫合金上制備薄膜熱電偶及其相關(guān)技術(shù)研究[D].成都:電子科技大學(xué)，2014：35-99.

[25] 劉海軍，蔣洪川，吳 勐，等.陶瓷基Pt/ITO薄膜熱電偶的制備與性能研究[J].傳感器與微系統(tǒng),2015,30(3):18-20.

[26] 劉海軍.In2O3/ITO集成薄膜熱電偶的制備及性能研究[M].成都：電子科技大學(xué)，2015.

[27] Zhao Xiaohui,Yang Ke,Wang Yiran,et al.Stability and thermo-electric properties of ITON:Pt thin film thermocouples[J].J Mater Sci:Mater Electron,2016,27:1725-1729.

[28] Serio B,Nika Ph,Prenel J P.Static and dynamic calibration of thin-film thermocouple by means of a laser modulation tech-nique[J].Review of Scientific Instruments,2000,71(11):4306-4313.

[29] Buttsworth D R.Assessment of effective thermal product of surface junction thermocouples on millisecond and microsecond time scales[J].Experimental Thermal and Fluid Science,2001,25(3)：154-157.

[30] 錢(qián) 蘭,陳 寧.薄膜熱電偶動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的實(shí)驗(yàn)研究[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),1988,16(2):251-253.

程 萍，女，通訊作者，博士后，副研究員，E—mail:pcheng2008@sjtu.edu.cn。

Research progress of ceramic thin film thermocouple

ZHANG Yao1, DING Gui-fu1, WANG Qiang2, ZHANG Cong-chun1, CHENG Ping1

(1.National Key Laboratory of Science and Technology on Micro/Nano Fabrication, Department of Micro/Nano Electronics,School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China; 2.Aviation Industry Corp of China Commercial Aircraft Engine Co Ltd,Shanghai 201108,China)

Real-time monitoring surface temperature of aircraft engine parts has an important significance on safety monitoring and performance verification of engine.With the development of the third generation ceramic engine of aircraft,ceramic thin film thermocouple has become one of the hot topics.Materials,preparation process,thermoelectric properties,high temperature stability and testing technology of ceramic thin film thermocouple are reviewed.Problems that the ceramic thermocouple needs to be further studied in the future are presented.

ceramic; thin film thermocouple; Seebeck coefficient

2016—07—04

10.13873/J.1000—9787(2017)09—0001—04

TP 212.1

A

1000—9787(2017)09—0001—04

張 瑤(1990-),男，碩士研究生,研究方向?yàn)闇囟葌鞲衅鳌?/p>

綜述與評(píng)論