喷涂热障涂层包裹Pt金属丝表面制造高温绝缘线的方法

摘要

本发明提供一种喷涂热障涂层包裹Pt金属丝表面制造高温绝缘线的方法，所述方法是将高温热障绝缘涂层材料利用喷涂方法包裹在Pt金属丝表面，从而形成最高在1200℃高温下保持绝缘特性的高温绝缘线；所述高温热障绝缘涂层材料为钇稳定氧化锆YSZ或氧化铝Al2O3。本发明高温绝缘线可以代替传统的裸露Pt金属丝引线，该高温绝缘线能在高达1200℃的高温环境下保持良好的电绝缘特性，在创新性的高温智能传感器领域有重要的实际应用价值和潜力，能够广泛应用于许多航空工业原位集成传感器上，该绝缘线技术工艺可与现有航空发动机相关技术兼容，可用于近年的航空界工业化生产。

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机测量技术领域，具体地，涉及一种利用喷涂热障涂层包裹在Pt金属丝表面制造高温绝缘线的方法，高温绝缘线可用于航空发动机测量技术，属于航空发动机领域。

背景技术

航空发动机领域，为了实现对于温度、应变力等因素的测量，需要在航空发动机各零件如涡轮叶片表面原位集成一系列传感器来完成上述测量，在上述测量过程中任何一个集成传感器都需要引线到零件外部，然而在此过程中如果我们使用的引线是裸露的金属丝，则其会受到涡轮叶片等部件基底金属干扰，从而影响传感器信号测量，因此需要一种高温绝缘引线，其自身具有良好的高温绝缘特性，从而可以有效避免在高温下部件金属基底对于传感器测量的干扰，使得测量结果更加准确。

如中国专利CN103889076A，该专利提供了一种带有绝缘层的电热丝及带有绝缘层的电热丝的加工方法，其电热丝的表面覆有一层绝缘层，该绝缘层的厚度为2～3微米，该绝缘层的材料为金属氧化物，所述的金属氧化物为三氧化二铝、二氧化锆、二氧化硅或二氧化钛中的一种或多种的混合物。但是其金属氧化物厚度只有2～3微米，在800～1200℃高温下无法保持良好的结合力且会脱落。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用喷涂热障涂层包裹Pt金属丝表面制造高温绝缘线的方法，所制造的高温绝缘线不仅可以耐高达1200℃的高温(如航空发动机的燃烧室)，而且在此高温环境下具有很好的电绝缘，可以有效避免部件金属基底与Pt金属引线的之间的导电，从而实现在特高温环境下电学器件的有效测量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种利用喷涂热障涂层包裹Pt金属丝表面制造高温绝缘线的方法，所述方法是将高温热障绝缘涂层材料利用喷涂方法包裹在Pt金属丝表面，从而形成最高在1200℃高温下保持绝缘特性的高温绝缘线，有效避免部件金属基底导电对于传感器测量信号的干扰；所述的高温热障绝缘涂层材料为钇稳定氧化锆YSZ或氧化铝Al₂O₃。

进一步的，所述方法包括如下步骤：

第一步：将Pt金属丝安装到喷涂工装上，使用胶带固定并做好标识以区分金属丝正反面；

第二步：使用超音速火焰喷涂设备，在Pt金属丝的正面上喷涂NiCrAlY金属粘接层；喷涂一面后，旋转喷涂工装，在Pt金属丝背面喷涂NiCrAlY；反复进行本步骤喷涂操作直到金属粘接层厚度达到10μm至50μm；

第三步：使用大气等离子喷涂设备，在金属丝的金属粘接层的正面上喷涂钇稳定氧化锆YSZ或氧化铝Al₂O₃陶瓷面层；喷涂一面后，旋转喷涂工装180度，在Pt金属丝金属粘接层的背面上喷涂钇稳定氧化锆YSZ或氧化铝Al₂O₃陶瓷面层；反复进行本步骤喷涂操作直到陶瓷面层厚度达到50μm至300μm；

第四步：拆除胶带，得到高温绝缘线。

优选地，所述Pt金属丝为Pt或Pt合金材料。

优选地，所述Pt金属丝的厚度为0.1mm-0.2mm。

优选地，所述钇稳定氧化锆YSZ或氧化铝Al₂O₃陶瓷面层，厚度为100-200μm。

优选地，所述金属粘接层，厚度为25μm至35μm。

本发明还提供一种上述方法制备得到的喷涂热障涂层包裹Pt金属丝表面的高温绝缘线，该绝缘线能够广泛应用于许多航空工业原位集成传感器上。

本发明使用喷涂设备制备高温绝缘线，高温绝缘线的热障绝缘涂层厚度在50微米至300微米，且高温绝缘线在最高800～1200℃温度范围热障涂层仍然与Pt金属丝具有良好的结合力不会脱落(原因是使用喷涂设备(尤其是超音速火焰喷涂设备)喷涂了金属粘接层厚度达到10微米至50微米，中间粘接层使得热障涂层材料与Pt金属丝在高达1200℃的高温下仍然具有很强的结合力)，最终使得仍保持良好的电绝缘特性。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明高温绝缘线可以代替传统的裸露金属丝引线，相对于传统的引线技术，该高温绝缘线最高能在1200℃高温下保持良好的绝缘特性，使得传感器测量结果更加准确有效；该方法可以应用在不同种类的金属丝表面上，并且可以根据需要改变所包裹的热障涂层的材料成分及厚度；能够广泛应用于许多航空工业原位集成传感器上，例如：基于MEMS技术的涡轮叶片原位集成热电阻式传感器等；该绝缘线技术工艺制备流程简单，可用于航空界工业化生产。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中Pt金属丝用胶带固定示意图；

图2为本发明一实施例的喷涂了热障绝缘涂层的Pt金属丝截面图；

图3为本发明一实施例的Pt绝缘丝线的照片；

图中：Pt金属线1，NiCrAlY金属粘接层层2，钇稳定氧化锆YSZ或氧化铝Al₂O₃陶瓷面层3，胶带4。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-3所示，一种喷涂热障涂层包裹Pt金属丝表面制造高温绝缘线的方法，可以用于航空发动机涡轮叶片表面薄膜Pt高温传感器引线技术，通过本发明所述方法制备的高温绝缘线连接涡轮叶片温度传感器元件，可以有效避免部件金属基底与Pt金属引线的之间的导电，从而实现在特高温环境下传感器的有效测量。

如图2所示，本发明所述方法是将热障绝缘涂层2利用喷涂方法包裹在Pt金属线1表面，从而形成最高在1200℃高温下保持绝缘特性的高温绝缘线。

在一优选实施例中，本发明使用超音速火焰喷涂设备，喷涂10微米至50微米NiCrAlY金属粘接层包裹Pt金属丝，中间粘接层使得热障涂层材料与Pt金属丝具有很强的结合力，然后采用大气等离子喷涂设备喷涂厚度在50微米至300微米的热障绝缘涂层,因此本发明制备的绝缘线在最高至800℃～1200℃温度下热障绝缘涂层仍然与Pt金属丝具有良好的结合力而不会脱落，并且仍保持良好的电绝缘特性。

在一具体实施例中，一种喷涂热障涂层包裹Pt金属丝表面制造高温绝缘线的方法，包括如下步骤：

第一步：将0.1mmPt金属丝安装到喷涂工装上，使用胶带固定并做好标识(如图1所示)；

第二步：使用超音速火焰喷涂设备，喷涂NiCrAlY金属粘接层，喷涂一面后，旋转喷涂工装180度，喷涂金属丝背面；循环进行直到金属粘接层厚度达到10μm至50μm，比如25μm；

第三步：使用大气等离子喷涂设备，喷涂YSZ氧化锆陶瓷面层，喷涂一面后，旋转喷涂工装180度，在金属丝背面喷涂YSZ氧化锆陶瓷面层；反复进行本步骤，进行直到陶瓷面层厚度达到50-300μm，比如100μm；

第四步：拆除胶带，轻取轻放，避免伤及涂层。

通过上述步骤得到的高温绝缘线如图2所示，其中：1为0.1mmPt金属丝，2为金属粘接层，3为喷涂YSZ陶瓷面层50-300μm。4为胶带(该胶带为耐高温胶带，耐高温的范围为0-1200℃)，绝缘丝线的照片如图3所示。

在另一具体实施例中，一种喷涂热障涂层包裹Pt金属丝表面制造高温绝缘线的方法，包括如下步骤：

第一步：将0.2mmPt金属丝安装到喷涂工装上，使用胶带固定并做好标识(如图1所示)；

第二步：使用超音速火焰喷涂设备，喷涂NiCrAlY金属粘接层，喷涂一面后，旋转喷涂工装180度，在金属丝背面喷涂NiCrAlY金属粘接层；反复进行本步骤，直到金属粘接层厚度达到10μm至50μm，比如35μm；

第三步：使用大气等离子喷涂设备，喷涂氧化铝Al₂O₃层，喷涂一面后，旋转喷涂工装180度，在金属丝背面喷涂氧化铝Al₂O₃；反复操作本步骤，直到氧化铝Al₂O₃层厚度达到50-300μm，比如200μm；

第四步：拆除胶带，轻取轻放，避免伤及涂层。

本发明上述实施例中，使用喷涂设备喷涂金属粘接层和高温热障绝缘涂层，其中金属粘接层厚度达到10微米至50微米，使得高温热障绝缘涂层与Pt金属丝在高达1200℃的高温下仍然具有很强的结合力，同时高温热障绝缘涂层厚度达到50-300μm，使得整个绝缘线能保持很好的电绝缘特性。本发明利用喷涂热障涂层包裹在Pt金属丝表面制造高温绝缘线，工艺流程简单，成本不高，可以有效避免金属基底与Pt金属引线的之间的导电，从而实现在特高温环境下电学器件的有效测量。

本发明高温绝缘线可以代替传统的裸露金属丝引线，相对于传统的引线技术，该高温绝缘线最高能在1200℃高温下保持良好的绝缘特性，使得传感器测量结果更加准确有效；该方法可以应用在不同种类的金属丝表面上，并且可以根据需要改变所包裹的热障涂层的材料成分及厚度；能够广泛应用于许多航空工业原位集成传感器上，例如：基于MEMS技术的涡轮叶片原位集成热电阻式传感器等；该绝缘线技术工艺制备流程简单，可用于航空界工业化生产。

需要指出的是，上述实施例采用工艺方法只是本发明的一部分具体实施例，还可以根据需要改变热障涂层材料的种类及厚度，不仅仅局限于上述实施例的描述，均可实现本发明的目的。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。