19
2024
-
09
行业新知 | 3D打印技术推动NTC热敏电阻新发展
作者：
行业新知
近日，厦门大学Daoheng Sun、Qinnan Chen带领的团队在《Journal of Materials Science & Technology》发表了题为3D printing of thick film NTC thermistor from preceramic polymer composites for ultra-high temperature measurement的研究，使用3D打印技术制造适用于极端高温环境的厚膜负温度系数(NTC)热敏电阻。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1005030224006108
奇遇科技官网：http://www.adventuretech.cn/
如无法打开，请拷贝网址到浏览器查阅。
研究内容
在航空航天等高温应用领域，实时温度监测对于安全评估和故障诊断至关重要。传统的温度传感器（如热电偶和RTD）在高温下容易出现测量误差，并且在安装过程中可能会损坏结构。为此，厚/薄膜传感器（TFS）凭借其易于与组件集成、响应速度快等优势，逐渐成为极端环境下传感技术的发展趋势。然而，现有的TFS制造技术（如物理气相沉积PVD）存在复杂、受限于设备规模等问题，难以满足航空航天领域对于高温传感器的需求。
为了解决这一问题，本文研究了一种基于La(Ca)CrO3/聚硅氮烷复合材料的厚膜NTC热敏电阻，通过3D打印技术实现其在涡轮叶片表面上的制造和测试。研究中开发了两种功能性陶瓷墨水，用于构建具有双层结构的厚膜NTC热敏电阻，分别作为敏感层和保护层。这种双层结构显著提高了热敏电阻的附着力，并使其能够在1300°C的高温下长期稳定运行，且在1550°C的极端温度下短时间内依然能够保持功能。
△图1，(a) 热敏电阻制造的直接墨水书写示意图。(b)热敏电阻后处理过程示意图；(c) 不同 LCC 浓度墨水的光学图像；(d) 高温退火后不同 LCC 浓度墨水在 100°C 下的电导率。
△图2，不同退火温度下 LCC/PSZ (75%) 薄膜的表征：(a) 表面形貌，(b) 粒度分布及变化，(c) XRD 结果，(d) 电导率变化，(e) 薄膜厚度变化。
△图3，（a）1300°C退火1h后LCC/PSZ薄膜的表面形貌及EDS结果。（b）1300°C退火后LCC/PSZ薄膜的横截面形貌及EDS结果。
△图4，（a）单层 LCC/PSZ 热敏电阻的划痕试验结果；（b）带有附加保护层的双层热敏电阻的划痕试验结果。
△图5，双层热敏电阻的表征：(a) Cr2O3/PSZ保护层的表面形貌，(d) (a)的局部放大图，(b)双层热敏电阻的横截面，(e) b的局部放大图，(c)双层热敏电阻横截面的EDS结果。
△图6，双层热敏电阻耐高温试验：(a)双层热敏电阻结构示意图，(b)热敏电阻经过一轮升温降温后电阻-温度曲线，(c)SHHE拟合实验数据结果，(d)阶梯式升温试验结果，(e)阶梯式冷热循环试验结果，(f)极限耐高温试验结果，(g)单层与双层热敏电阻长期耐高温性能对比，(h)热敏电阻与现有报道的热敏电阻耐高温性能对比，模压（MP）。
△图7，涡轮叶片表面的 3D 打印双层热敏电阻：(a) 热敏电阻的打印过程，(b) 样品的光学图像，(c) 模拟极端环境的测试装置示意图，(d) 红外热成像结果，(e) 火焰热冲击试验结果，(f) 校准后热敏电阻和热电偶的温度比较。
研究结论
文章的研究工作开创了一种新型的基于3D打印技术的高温传感器制造方法。通过引入预陶瓷聚合物复合材料和先进的3D打印技术，解决了传统传感器在超高温环境下的应用难题。这一研究不仅为高温传感器的设计和制造提供了新的思路，也为复杂工程结构中的温度监测带来了更大的灵活性和适应性。这种技术有望在未来进一步推动航空航天、能源等领域对极端环境传感器的需求。
相关新闻
立即咨询
如果您对我们的产品感兴趣，请留下您的电子邮件，我们将尽快与您联系，谢谢！
深圳地址：广东省深圳市龙岗区留学人员创业园1园120房间 佛山地址：广东省佛山市南海区大沥镇盐步穗盐西路92号a栋304-1