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  • 1 # 不喝氺的魚

    為提高壓力測試上限,必須換用陶瓷、玻璃類絕緣材料,並且不能引入粘接劑。因此薄膜化工藝是唯一可行的技術方案。Bosca等人用真空蒸發法在二氧化矽基底上沉積出0.6μm厚的錳銅膜,並在0~5GPa壓力範圍內進行了標定,結果發現錳銅膜的成分與原材料成分偏差較大,壓阻係數具有很大的離散性。

    Silva和Sayles用沉積錳銅薄膜的方法測量了高速轉動的齒輪齧合時的應力。他們先用射頻濺射法在輪齒上沉積一薄層Al2O3,再用閃蒸法沉積一薄層錳銅膜,最後再覆蓋上0.4μm厚的Al2O3層,估計整個感測器的厚度不會超過2μm.齒輪轉速為2400r/min,最大應力1.2GPa。由於採用閃蒸法沉積錳銅薄膜,保證了薄膜成分的準確性,因此得到了線性較好的壓阻係數。但與箔式錳銅感測器相比,薄膜式錳銅感測器的壓阻係數小了一半。

    施尚春等人最初的結果也是這樣。他們用磁控濺射的方法在雲母基底上濺射1~2μm厚的錳銅膜,接著濺射幾百奈米的絕緣膜,最後用雲母片和絕緣膠封裝,並進行了5~56GPa下的衝擊標定。對於壓阻係數小的原因,他們認為是由於薄膜結構疏鬆,缺陷較多導致電阻率中不隨壓力變化的分量很大。本試驗室對他們沉積的錳銅膜進行了真空熱處理。發現熱處理可大大提高壓阻係數,並且較高的熱處理溫度(400℃)比稍低的熱處理溫度(300℃)效果更加明顯。

    熱處理後的感測器進行了直到約80GPa以下的標定實驗,所得標定曲線為:P(GPa)=39.70(ΔR/R0)+8.01(ΔR/R0)3。顯然,隨著壓力的增高,該曲線的非線性越來越強。因此在10~80GPa範圍內,根據該曲線經我們重新計算的壓阻係數僅為0.0166GPa-1;但若在10~40GPa範圍內重新計算,壓阻係數達0.0208GPa-1,已接近箔式錳銅感測器的水平。

    薄膜式錳銅感測器以微晶玻璃或陶瓷作為基板材料,利用磁控濺射技術沉積約2μm厚的錳銅膜,然後將PTFE薄膜封裝在錳銅膜上。

    錳銅在“在位”式安裝方式下,當感測器的基板背對沖擊波入射方向,即採取所謂“反扣”方式時,響應快(32ns)。否則,響應慢(50~90ns)。並且,在“反扣”方式下,響應時間與PTFE薄膜的厚度成正比,而與基板的厚度無關。

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