李洪美,孙云娜，段 力，王 艳，丁桂甫，张久斌，牛 迪

(1.上海中航商用航空发动机制造有限责任公司，上海 201108；2.上海交通大学电子信息与电子工程学院，上海 200240)



高温复合多层膜结构传感器的热机械可靠性

李洪美1,孙云娜2，段 力2，王 艳2，丁桂甫2，张久斌2，牛 迪2

(1.上海中航商用航空发动机制造有限责任公司，上海 201108；2.上海交通大学电子信息与电子工程学院，上海 200240)

文中主要讨论了应用于薄膜热电偶温度传感器的复合多层膜结构在高低温热冲击条件下的热机械可靠性。采用基于FEM有限元仿真方法的弹塑性模型，系统分析了由多层膜材料热失配导致的界面复杂热应力应变分布规律。定性给出了可能导致致命可靠性问题的应力集中区域及应变积累区域分布。与400 ℃温度载荷相比，薄膜热电偶温度传感器在1 200 ℃极限温度下最大范密歇斯应力增大50%以上。同时当温度载荷反复作用时，不仅多层膜结构的过渡层受到严重破坏而且相邻界面的内部塑性形变越发严重，使与工作层相关连的界面成为可靠性薄弱区域。

薄膜热电偶；高温热冲击；热机械稳定；von Mises 应力

0 引言

随着动力工程对温度测量要求的不断提高以及动态旋转、小间隙空间等极端测量环境日益增多，普通温度传感器已不能满足基本需求。具备低维材料特性的薄膜温度传感器因为具有体积小、表面覆型能力高、快速响应、热容量小和小时间常数等优良特性，成为极端环境中的首选温度传感器[1-4]。如应用在飞机发动机叶片上，用以实现发动机运转过程中叶片表面温度的实时监测，与冷却系统闭环反馈，避免高温气流冲击下叶片表面局部过高温升带来的不利影响，对叶片表面起到实时保护作用[3-6]。……