PDC—SiCN（聚硅氮烷）陶瓷

中國粉體網訊  隨著科技的快速發展，航天、航空、核電、國防、交通等領域對高溫惡劣環境的溫度監控顯得越來越重要。比如航空發動機工作中的高溫惡劣環境，通常伴隨著高壓和高濕性、高腐蝕性氣體。在如此惡劣的環境中，現有的傳統材料制備的溫度傳感器根本無法實現穩定、有效的監控。就目前而言，由于有線有源傳感器中電池的使用壽命有限，外加電源時傳感器的線路布局也是一個技術難題，因此有線有源溫度傳感器已經滿足不了人們的需求，開發出在極端惡劣環境中穩定工作的無線無源溫度傳感器顯得較為迫切。 

來源：中國粉體網

1、Al₂O₃傳感器

       2012 年中佛羅里達大學的 Cheng 等根據 Al₂O₃ 的微波介溫性能設計了一種集諧振腔和開槽天線于一體的無線無源諧振式溫度傳感器，其測試溫度可達1000℃。該傳感器以 Al₂O₃ 為溫敏介質材料，以鉑為表面金屬層，并在諧振器上表面開槽作為收發天線。任重等以三層陶瓷片厚度的氧化鋁陶瓷作為基板，并在其上、下表面印刷一層平面螺旋電感和一對平行極板電容，形成無源 LC諧振電路。

                                                                                           

         但Al2O3材料在高溫下抗熱沖擊性能較差，而且微波階段的損耗很高，因此并不是傳感材料的最佳選擇。

2、PDC—SiCN陶瓷基溫度傳感器 

     SiC和AlN作為新型的耐高溫傳感元材料，在一定程度上提高了傳感器的工作溫度（可達600℃），但其制備工藝十分昂貴，并不是一種理想的耐高溫溫敏傳感元材料。 

     目前，國際上發展了一種耐高溫的聚合物先驅體陶瓷PDC—SiCN，它不僅具有極好的耐高溫特性而且制備工藝簡單，是超高溫、腐蝕、輻射環境應用的半導體器件、溫敏壓敏傳感器潛在的優良選材。它是以聚硅氮烷為前驅體、過氧化二異丙苯為熱引發劑來制備PDC—SiCN陶瓷圓片，熱解溫度為800℃，退火溫度為1100℃。對其進行650℃、12ｈ的熱氧化處理后，將得到的陶瓷圓片進行表面拋光處理從而得到表面粗糙度＜１μｍ的陶瓷片。聚硅氮烷是一類以Si—N為主鏈的無機聚合物，由于其化學結構的特殊性，在高溫條件下可轉化為SiCN。

                                                                                           

     利用PDC—SiCN陶瓷材料的介溫特性，將PDC—SiCN陶瓷作為電介質材料填充在諧振腔中，構成無線無源溫度傳感器的諧振器。諧振器經天線接收到外部寬頻微波的激勵信號后，寬頻微波在諧振器內部發生諧振，然后通過天線把經PDC—SiCN陶瓷諧振后的信號傳輸出去。由于PDC—SiCN陶瓷的介溫特性導致諧振器的諧振頻率隨環境溫度的變化而發生相應的變化。由此，可以建立諧振腔的諧振頻率變化與環境溫度變化的對應關系，通過公式轉換，將諧振頻率與環境溫度的關系轉換成PDC—SiCN陶瓷的介電常數和介電損耗變化與環境溫度變化的對應關系。 

     2011年，An等利用PDC—SiCN陶瓷的介溫特性，報道了一種以SiCN陶瓷為溫敏元件，以金為諧振腔材料的無線無源溫度傳感器，使用共面波導線作為微波的傳輸線，利用矢量網絡分析儀對信號進行處理，準確地測量出無線無源溫度傳感器的諧振頻率和介電常數與溫度之間的變化關系。2013年，li等以SiCN陶瓷為溫敏元件，以銀為諧振腔材料的無線無源溫度傳感器，該傳感器將圓柱形射頻諧振器與開槽天線集成在一起，使用波導同軸轉接器作為信號的收發天線，測試表面該無線無源溫度傳感器的有效傳輸距離可達到200ｍｍ。 

3、PDC—SiBCN陶瓷 

     目前，國際上又提出了一種新型的聚合物先驅體陶瓷SiBCN（PDC—SiBCN），其具有更加優異的高溫熱穩定性、抗氧化性、高溫電學特性和抗蠕變性，并且陶瓷制備工藝簡單。研究發現，PDC—SiBCN陶瓷的介電常數隨測試溫度的升高而單調增加，其具有優異的介溫性能，經測試，用其制成的傳感器在1100℃高溫下有較高的靈敏度，遠高于PDC—SiCN傳感器，是應用于極端環境傳感器材料的不二之選。