【摘 要】
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我国航天发动机的效率以及推力一直在不断提高。为了保证发动机的正常运行,能够稳定又准确的监测涡轮叶片在工作时产生的应变是非常重要的。薄膜应变计因其厚度小、质量轻、响应时间短以及测试的准确度高等优点,被广泛应用于涡轮叶片的应变测量中。本文主要选用ITO作为薄膜应变计的敏感材料,通过研究脉冲激光沉积（PLD）的基底温度以及薄膜的厚度比对ITO薄膜和ITO/Pt复合薄膜的性能影响,优化了薄膜应变计的制备条
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我国航天发动机的效率以及推力一直在不断提高。为了保证发动机的正常运行,能够稳定又准确的监测涡轮叶片在工作时产生的应变是非常重要的。薄膜应变计因其厚度小、质量轻、响应时间短以及测试的准确度高等优点,被广泛应用于涡轮叶片的应变测量中。本文主要选用ITO作为薄膜应变计的敏感材料,通过研究脉冲激光沉积（PLD）的基底温度以及薄膜的厚度比对ITO薄膜和ITO/Pt复合薄膜的性能影响,优化了薄膜应变计的制备条件;接着在陶瓷悬臂梁上分别制备了ITO薄膜应变计和ITO/Pt复合薄膜应变计并对其耐高温性能以及应变性能进行了测试;最后制备了一种具有叠层结构的ITO/Pt叠层薄膜应变计并测试了其耐高温性能。主要内容和结论如下:1.在陶瓷基底上采用脉冲激光沉积的方法制备了ITO敏感薄膜,并测试了沉积时不同基底温度下制成的ITO敏感薄膜的微观形貌、晶体结构与电性能等各项性能。实验发现,基底温度为600℃时ITO薄膜的沉积速率最大、电阻率最小。在基底温度为600℃时组成ITO薄膜的晶粒变得非常均匀、薄膜非常致密,而且还具有最小的电阻温度系数（TCR）,为-259.575×10-6℃-1。2.采用优化的工艺参数在陶瓷悬臂梁上制备了ITO薄膜应变计,并搭建了相应的薄膜应变计的应变测试平台对ITO薄膜应变计的相关应变性能进行了测试。实验表明,ITO薄膜应变计的电阻相对变化随施加应变的变化趋势基本是线性的,测得ITO薄膜应变计的应变灵敏系数（GF）为1.57。3.根据ITO薄膜和Pt薄膜高温敏感性质的不同,在氧化铝陶瓷悬臂梁上制备了ITO/Pt复合薄膜应变计,研究了ITO薄膜与Pt薄膜不同厚度比对ITO/Pt复合薄膜应变计电性能以及耐高温性能的影响,还在室温条件下对ITO/Pt复合薄膜应变计的相关应变性能进行了测试分析。实验表明,随着ITO薄膜与Pt薄膜厚度比的增加,ITO/Pt复合薄膜应变计的电阻率逐渐增加,而电阻温度系数则在慢慢的减小。当ITO薄膜与Pt薄膜的厚度比为5.5:1时,ITO/Pt复合薄膜应变计的电阻温度系数是所有不同厚度比的薄膜中最小的,为564.52×10-6℃-1。ITO/Pt复合薄膜应变计的电阻值随着应变的增加而增大且基本呈线性变化,室温下ITO/Pt复合薄膜应变计的应变灵敏系数为3.10。4.制备了一种具有叠层结构的ITO/Pt叠层薄膜应变计并对其耐高温性能进行了测试。结果发现ITO/Pt薄膜的叠层设计可以显著提高薄膜应变计的高温电阻稳定性。最终测得在室温到1200℃的温度范围内,ITO/Pt叠层薄膜应变计的电阻温度系数为-42.911×10-6℃-1。
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