CN114985228A - 一种提高传感器耐高温性能的涂胶工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高传感器耐高温性能的涂胶工艺，包括基底清洁、基底打磨、涂覆底胶、固化底胶、固定传感器、涂覆上层胶、固化上层胶七个步骤；在所述的涂覆底胶和或涂覆上层胶时，使得底胶涂覆区域和或上层胶涂覆区域形状为每个内角均大于90度的多边形、外轮廓为光滑曲线或光滑曲线与直线段的平滑组合。本发明通过采用改变胶层外部轮廓的方式来减小胶层应力集中现象，使得胶层/基底界面应力实现均匀化，进而提高胶层耐受温度，为提高传感器使用温度提供工艺保障。

Description

一种提高传感器耐高温性能的涂胶工艺
技术领域
本发明涉及机械测量领域，尤其涉及一种提高传感器耐高温性能的涂胶工艺。
背景技术
高温应变测量对于了解发动机、燃气轮机等高温机械装备的工作状态、评估其健康程度有着至关重要的意义。服役条件下的高温零部件应变测量一般采用高温应变片或者光纤传感器进行接触式测量。对于叶片、轴等部件，为了不改变原有零部件结构，一些常用的机械连接方法(如螺纹连接、铆钉连接)都无法应用。胶接几乎是此类传感器固定的唯一方法。一般常温下使用的胶接剂多数为聚合物基产品，能够耐受温度不超过300℃。为了提高胶接工艺耐受温度，人们设计了无机氧化物基胶结剂。由于氧化物具有的超高熔点，此类无机胶结剂可以耐受超过1200℃的高温，在高温应变传感测量领域是目前主流固定材料。如美国HPI公司的HG-1高温粘接剂就是此类产品。
由于高温连接剂是由无机氧化物构成，其热膨胀系数远远小于金属的热膨胀***(一般只有1/10)，在固定传感器和金属基底时，其严重的热失配问题是导致连接失效的主要因素。热失配是由两种不同热膨胀系数材料结合界面上的应力破坏引起，因而结合面最大应力是制约胶接层耐温性能的关键因素。传统传感器胶接工艺规范要求在固定传感器时，要将胶层涂覆区域控制为能够完全覆盖传感器的薄矩形。根据在热弹性力学仿真方面的研究结果表明，这种矩形涂覆方式，在高温下胶层的四个直角处存在着巨大应力集中，其应力大小超过胶层/基底界面平均值20％以上。这样就导致，胶层在高温下，首先在涂胶层***直角处发生脱层开裂，然后裂纹逐步向中间发展，最后导致传感器松动失效。
发明内容
本发明主要目的在于，提供一种提高传感器耐高温性能的涂胶工艺，能够减小原来涂胶方式中应力集中效应，进而提高胶层耐受温度。
本发明所采用的技术方案是：一种提高传感器耐高温性能的涂胶工艺，包括基底清洁、基底打磨、涂覆底胶、固化底胶、固定传感器、涂覆上层胶、固化上层胶七个步骤；在所述的涂覆底胶和或涂覆上层胶时，使得底胶涂覆区域和或上层胶涂覆区域形状为每个内角均大于90度的多边形、外轮廓为光滑曲线或光滑曲线与直线段的平滑组合。
按上述方案，在所述的涂覆底胶和或涂覆上层胶时，采用每个内角均大于90度的多边形或者内轮廓为光滑曲线的涂覆模具涂覆高温胶。
按上述方案，所述的涂覆模具采用聚合物胶带制成，在底胶固化之后用高温融化或机械刮除办法去除。
按上述方案，在涂覆底胶和或涂覆上层胶时，对准测量部位粘贴涂覆模具，让中间的孔洞能够完全覆盖测量部位，然后在孔洞内填充高温胶，填满高温胶后放入恒温炉内固化，在胶体完全固化后，用高温或机械刮除办法将涂覆模具去除干净。
按上述方案，所述的每个内角均大于90度的多边形为在传统矩形的基础上进行割角形成的多边形，所述的割角为切除矩形的4个角。
按上述方案，所述的外轮廓为光滑曲线，具体为：椭圆形或圆形。
按上述方案，所述的光滑曲线与直线段的平滑组合，具体为：大于3条边的带倒角的多边形。
一种传感器，采用所述的涂胶工艺制备而成。
本发明产生的有益效果是：通过采用改变胶层外部轮廓的方式来减小胶层应力集中现象，使得胶层/基底界面应力实现均匀化，进而提高胶层耐受温度，为提高传感器使用温度提供工艺保障。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是尖角度数与尖端热应力大小的关系图。
图2是本发明一实施例涂覆底胶时的装置图。
图3是采用不同形状涂覆模具得到的最大热应力随温度变化图。
图4是切割矩形4个角得到的8边形胶接层结构示意图。
图5是椭圆形胶接层结构示意图。
图6是圆形胶接层结构示意图。
图7是带倒角的矩形胶接层结构示意图。
图8是不规则光滑曲线形胶接层结构示意图。
图中：1-基底，2-涂覆模具，3-胶接层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
研究发现，胶层应力集中现象与涂胶形状密切相关。胶层外周轮廓曲线转角角度越小，应力集中就越明显。如图1所示，热弹性力学仿真研究表明，胶层应力集中现象与涂胶形状密切相关。胶层外周轮廓曲线转角角度越小，应力集中就越明显。因而其耐受温度就越低。
基于上述研究，本发明通过改变高温应变传感器涂胶层轮廓形状，使得轮廓转角处应力集中效应减小，提高了胶层/基底界面应力一致性，从而大幅提升胶层耐受温度。该方法在不改变任何材料的条件下，仅仅修改胶层涂覆图案，就能将胶层使用温度大幅提升，工艺简单，可操作性强，具有极强的实用价值。
具体的，本发明提供一种提高传感器耐高温性能的涂胶工艺，包括基底清洁、基底打磨、涂覆底胶、固化底胶、固定传感器、涂覆上层胶、固化上层胶七个步骤；在所述的涂覆底胶和或涂覆上层胶时，在金属基底上，采用每个内角均大于90度的多边形或者内轮廓为光滑曲线的涂覆模具涂覆高温胶，使得底胶涂覆区域和或上层胶涂覆区域形状为每个内角均大于90度的多边形、外轮廓为光滑曲线或光滑曲线与直线段的平滑组合。此处的涂覆模具只是工艺的一种方式，也可采用其它方式涂覆，例如先涂覆、然后切割方式，只要保证最后胶层的外轮廓为本发明约束的形状即可。
如图2所示，所述的涂覆模具2采用聚合物胶带制成，在底胶固化之后用高温融化或机械刮除办法去除。在涂覆底胶和或涂覆上层胶时，对准测量部位，在金属基底1上粘贴涂覆模具2，让中间的孔洞能够完全覆盖测量部位，然后在孔洞内填充高温胶，填满高温胶后放入恒温炉内固化，在胶体完全固化后，形成胶接层3，用高温或机械刮除办法将涂覆模具2去除干净。
所述的每个内角均大于90度的多边形为在传统矩形的基础上进行割角形成的多边形，所述的割角为切除矩形的4个角，如图4所示。
所述的外轮廓为光滑曲线，具体为：如图5所示的椭圆形，或如图6所示的圆形，或如图8所示的其它不规则光滑曲线形。
所述的光滑曲线与直线段的平滑组合，具体为：大于3条边的带倒角的多边形，如图7所示。
本发明完成了每个内角均大于90度的多边形(切割矩形4个角得到的8边型)、椭圆形和圆形胶层耐高温性能与传统矩形结构对比结果，如图3所示。图3可见，每个内角均大于90度的多边形(切割矩形4个角得到的8边型)、椭圆形和圆形胶层结构在任意温度下最大热应力均小于传统矩形。实验测得矩形、每个内角均大于90度的多边形(切割矩形4个角得到的8边型)、椭圆形和圆形胶层的裂纹萌生温度分别为422℃、500℃、425℃、530℃。圆形涂胶方式具有最佳的耐高温效果，其最高使用温度提升率达到25％。
本发明还保护一种传感器，采用所述的涂胶工艺制备而成。
本发明的创新之处在于，受祖冲之“割圆术”启发，改变了原有涂胶方式，将传统矩形涂胶图案的4个直角进行“切割”，变成8边形，相应内角度数变大，从而应力集中减小，根据祖冲之“割圆术”思想，进一步切割8边形内角，使之变成16边型，角度进一步增大，应力集中效应进一步减小，无限切割下去，胶层图案趋近于椭圆或者圆形，此时，内角为180°平角，应力集中效应减小到最小。因而，所得到的胶层/基底界面应力一致性最高，从而提高了胶层开裂温度。该方法在不改变任何材料的条件下，仅仅修改胶层涂覆图案，就能将胶层使用温度大幅提升，工艺简单，可操作性强，具有极强的实用价值。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高传感器耐高温性能的涂胶工艺，包括基底清洁、基底打磨、涂覆底胶、固化底胶、固定传感器、涂覆上层胶、固化上层胶七个步骤；其特征在于，在所述的涂覆底胶和或涂覆上层胶时，使得底胶涂覆区域和或上层胶涂覆区域形状为每个内角均大于90度的多边形、外轮廓为光滑曲线或光滑曲线与直线段的平滑组合。
2.根据权利要求1所述的涂胶工艺，其特征在于，在所述的涂覆底胶和或涂覆上层胶时，采用每个内角均大于90度的多边形、外轮廓为光滑曲线或光滑曲线与直线段的平滑组合的涂覆模具涂覆高温胶。
3.根据权利要求2所述的涂胶工艺，其特征在于，所述的涂覆模具采用聚合物胶带制成，在底胶固化之后用高温融化或机械刮除办法去除。
4.根据权利要求2所述的涂胶工艺，其特征在于，在涂覆底胶和或涂覆上层胶时，对准测量部位粘贴涂覆模具，让中间的孔洞能够完全覆盖测量部位，然后在孔洞内填充高温胶，填满高温胶后放入恒温炉内固化，在胶体完全固化后，用高温或机械刮除办法将涂覆模具去除干净。
5.根据权利要求1所述的涂胶工艺，其特征在于，所述的每个内角均大于90度的多边形为在传统矩形的基础上进行割角形成的多边形，所述的割角为切除矩形的4个角。
6.根据权利要求1所述的涂胶工艺，其特征在于，所述的外轮廓为光滑曲线，具体为：椭圆形或圆形。
7.根据权利要求1所述的涂胶工艺，其特征在于，所述的光滑曲线与直线段的平滑组合，具体为：大于3条边的带倒角的多边形。
8.一种传感器，其特征在于：采用权利要求1至7中任意一项所述的涂胶工艺制备而成。
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