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全量程超高压力薄膜传感器研究

滕林  
【摘要】:锰铜传感器和镱传感器是用于测量冲击波产生超高压力的特种用途传感器。其中锰铜传感器的量程上限可达到60GPa,是目前压力传感器中量程最高的,镱传感器的测压范围在几个MPa到4GPa,适用于超高压力的低压段测量。在国防工程应用中,需要传感器满足快速测量以及高压绝缘的要求,本文通过传感器的结构优化设计、敏感材料和封装材料的选择以及工艺参数优化,制作出新型的薄膜化的锰铜阵列式传感器和镱传感器,经过高压测试,取得了比较理想的实验结果,其主要结论和创新性结果归纳如下: 1、首次在99%氧化铝陶瓷基片上制作出2×2阵列锰铜薄膜传感器,4个传感器在基片上呈对称性分布,敏感薄膜放置在冲击波的作用范围内,经过二级轻气炮加载,压力作用范围在50~70GPa,4个传感器输出的一致性好,无高压旁路效应,验证了阵列式锰铜薄膜传感器高压测试的准确性和可靠性。 2、提出采用电火花线切割工艺制作出溅射镱靶,金属镱的延展性不好,在轧制的过程中极易发生断裂,加之该材料的化学性能活泼,易氧化,采用轧制和粉末冶金方法均难以实现。采用这种工艺制作镱靶材的方法还未见报道。 3、首次采用磁控溅射的方法制作出镱薄膜传感器,通过一级轻气炮进行加载实验,测试压力在1~3GPa,压阻系数接近于箔式镱传感器,重复性较好,实现了传感器的小型化和微型化。 4、在原来箔式锰铜和镱传感器的研究中,局限于传感器的测试和使用,没有对传感器微观形貌和压阻性能之间的关系进行深入研究。本文研究了热处理对薄膜传感器微观形貌和压阻特性的影响,研究结果表明,薄膜传感器经过热处理后,薄膜晶粒增大,缺陷减少,大大提高了薄膜的压阻灵敏度。经过热处理后的薄膜传感器,其压阻系数接近于文献报道的箔式传感器的压阻系数。 5、采用氧化铝材料为基制作的“后置式”2×2阵列锰铜薄膜传感器以及以聚酰亚胺为基的“在位式”镱薄膜传感器,在高压冲击波的作用下,表


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