[发明专利]嵌入式多层复合薄膜切削温度传感器的制作方法

摘要

本发明一种嵌入式多层复合薄膜切削温度传感器的制作方法属于温度传感器领域，涉及切削加工时刀具刀尖处瞬态切削温度的测量方法。在刀体上进行多次SiO₂绝缘膜沉积，形成多层复合薄膜，然后溅射沉积NiCr薄膜电极与NiSi薄膜电极组成薄膜热电偶，并把制作好的薄膜热电偶嵌入到保护层内。采用微波ECR等离子体源增强射频反应非平衡磁控溅射技术，把制作好的薄膜热电偶嵌入到保护层内，制成集切削、测温为一体的嵌入式多层复合薄膜测温传感器。传感器的使用寿命长，经济性好。热电偶热端尺寸极小，响应时间短，可达亚微秒级。补偿导线隐藏在刀头内，抗干扰能力强。因此可快速、精确、稳定地测量刀尖处的切削温度。

主权项

1、本发明一种嵌入式多层复合薄膜切削温度传感器的制作方法，其特征是：在刀体上进行多次SiO2绝缘膜沉积，形成多层复合薄膜，然后溅射沉积NiCr薄膜电极(3)与NiSi薄膜电极(4)组成薄膜热电偶，并把制作好的薄膜热电偶嵌入到保护层内，其制作的步骤如下：1)、利用精密线切割数控机床将高速钢或硬质合金刀块加工成标准机夹刀片形式的刀体(1)，在刀体(1)底部开出一个通槽(C)，将刀体(1)的后刀面(A)打磨抛光，最后使用粒度小于0.1μm的金刚石研磨膏抛光到镜面，将刀体(1)分别放入丙酮、酒精或阻值大于13MΩ去离子水中，使用超声波清洗，将刀体(1)用氮气吹干后放入真空室内；2)、采用微波ECR等离子体源增强射频反应非平衡磁控溅射技术，按如下顺序操作：安装高纯度的Si靶材，抽真空，等离子体溅射清洗，溅射沉积，随炉冷却；最后在刀体(1)后刀面(A)溅射沉积第一层SiO2绝缘膜(2)；将制作了SiO2绝缘膜(2)的刀体(1)放入酒精中用超声波清洗，然后再放进真空室，在相同参数下溅射两次；即在相同参数下溅射三次，形成三层复合绝缘膜；3)、卸载Si靶材，安装NiCr靶材；给制作了SiO2绝缘膜(2)的刀体(1)安装NiCr的掩膜，遮住不需要镀膜的位置；采用微波ECR等离子体源增强射频反应非平衡磁控溅射技术，溅射沉积NiCr薄膜电极(3)，随炉冷却后，取出放入酒精中用超声波清洗；卸载NiCr靶材，安装NiSi靶材，并取下NiCr掩膜，更换上NiSi掩膜，采用微波ECR等离子体源增强射频反应非平衡磁控溅射技术，继续沉积NiSi薄膜电极(4)；由NiCr薄膜电极(3)与NiSi薄膜电极(4)组成薄膜热电偶，并在刀尖处由NiCr和NiSi两层薄膜形成薄膜热电偶的热接点(B)；4)、安装Si靶材，在NiCr薄膜电极(3)的冷端上制作一个圆形的掩膜，同时在NiSi薄膜(4)的冷端也制作一个圆形的掩膜；在制作了SiO2绝缘膜(2)、NiCr薄膜(3)、NiSi薄膜(4)的高速钢或硬质合金刀体(1)上，利用微波ECR等离子体源增强射频反应非平衡磁控溅射覆盖Si3N4保护层(5)，把制作好的薄膜热电偶嵌入到保护层内；去除上述两个掩膜，薄膜电极冷端部分裸露出来；5)、用耐高温导电银胶(6)将φ0.2mm的NiCr热电偶丝(7)与NiCr薄膜(3)的冷端裸露位置粘结；同时使用耐高温导电银胶(6’)将NiSi热电偶丝(8)与NiSi薄膜(4)的冷端裸露位置粘结；6)、NiCr热电偶丝(7)和NiSi热电偶丝(8)通过通槽(C)引出，通槽(C)用绝缘胶(9)灌封，最后制成集切削、测温为一体的嵌入式多层复合薄膜测温传感器。