1000℃高溫振動(dòng)疲勞試驗(yàn)

針對(duì) 1000℃高溫振動(dòng)疲勞試驗(yàn)（2000-5000Hz，50g 激振力，2h 穩(wěn)定）的應(yīng)變片 / 熱電偶粘貼及固定需求，結(jié)合熱障涂層（0.2mm）的特性，制定以下技術(shù)方案，確保材料兼容性、工藝可靠性及測(cè)試穩(wěn)定性：

一、核心材料選型（耐 1000℃+ 振動(dòng)疲勞）

1. 高溫應(yīng)變片

型號(hào)選擇：選用鉑銠合金柵極高溫應(yīng)變片（如 Vishay 350Ω 系列或國(guó)產(chǎn) BGK-1300），滿足 1200℃長(zhǎng)期耐溫，柵長(zhǎng) 3-5mm（適配涂層表面，減少局部應(yīng)力集中），基底為云母或陶瓷（與熱障涂層化學(xué)兼容性好）。

關(guān)鍵參數(shù)：靈敏系數(shù) 2.0±1%，絕緣電阻（25℃）≥10000MΩ，高溫下（1000℃）絕緣電阻≥500MΩ（避免信號(hào)漂移）。

2. 熱電偶

類型選擇：采用S 型熱電偶（鉑銠 10 - 鉑），長(zhǎng)期耐溫 1300℃，精度 ±1.5℃（1000℃時(shí)），絲徑 0.5mm（細(xì)徑減少對(duì)振動(dòng)的干擾，且易粘貼）。

絕緣保護(hù)：熱電偶絲外裹雙層陶瓷絕緣套管（Al?O?材質(zhì)，耐 1200℃），避免與應(yīng)變片或試件短路。

3. 高溫膠與輔助材料

粘結(jié)膠：選用無(wú)機(jī)陶瓷高溫膠（如國(guó)產(chǎn) GD-401 或 3M Scotch-Weld EC-2216），固化后耐溫 1200℃，室溫剪切強(qiáng)度≥8MPa，1000℃時(shí)剪切強(qiáng)度≥3MPa（確保振動(dòng)下不脫落）。

導(dǎo)線：采用多股鍍鎳銅線（7×0.1mm 股線），絕緣層為玻璃纖維 + 陶瓷涂層（耐 1000℃），直徑≤1mm（減少風(fēng)阻與振動(dòng)慣性），整根長(zhǎng)度≥2.5m（預(yù)留冗余）。

固定材料：陶瓷纖維膠帶（耐 1200℃，厚度 0.1mm）、鎳基金屬卡箍（直徑 1mm，用于導(dǎo)線分段固定）、高溫絕緣套管（Al?O?材質(zhì)，保護(hù)導(dǎo)線接頭）。

二、工藝步驟（分應(yīng)變片 / 熱電偶粘貼、導(dǎo)線連接固定）

1. 試件表面預(yù)處理（關(guān)鍵：保護(hù)熱障涂層）

定位標(biāo)記：根據(jù)藍(lán)色 / 紅色位置示意圖，用高溫記號(hào)筆（耐 1000℃）標(biāo)記應(yīng)變片 / 熱電偶中心位置，范圍直徑≥10mm（大于應(yīng)變片基底 5mm，確保粘貼區(qū)域清潔）。

局部輕微打磨：用 600 目氧化鋁砂紙輕磨標(biāo)記區(qū)域（僅去除表面氧化層 / 油污，打磨深度≤0.05mm，避免破壞熱障涂層完整性），打磨后用無(wú)水乙醇（分析純）浸泡的脫脂棉擦拭 3 次，最后用壓縮空氣（0.3MPa）吹干，確保表面無(wú)殘留顆粒。

2. 高溫應(yīng)變片粘貼（7 件試件，含 1 件需同步貼熱電偶）

膠層涂抹：在應(yīng)變片基底（非柵極區(qū)域）均勻涂抹高溫膠，厚度 0.05-0.1mm（膠層過(guò)厚易在高溫下開裂），膠層覆蓋應(yīng)變片基底邊緣 1mm（確保密封）。

對(duì)位粘貼：將應(yīng)變片對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記中心，用潔凈玻璃片（表面貼聚四氟乙烯膜防粘）輕壓應(yīng)變片，擠出多余膠（膠層厚度控制在 0.03-0.05mm），確保柵極區(qū)域無(wú)氣泡（可通過(guò)側(cè)光觀察）。

階梯固化：

室溫固化 1h（初步定型）；

烘箱升溫至 200℃（1℃/min），保溫 2h（去除膠中水分）；

升溫至 500℃（2℃/min），保溫 1h（促進(jìn)無(wú)機(jī)成分燒結(jié)）；

升溫至 800℃（5℃/min），保溫 1h（完成固化，模擬高溫環(huán)境）；

隨爐冷卻至室溫（避免熱沖擊導(dǎo)致膠層開裂）。

3. 熱電偶粘貼（僅 1 件試件紅色位置）

預(yù)處理：熱電偶測(cè)量端（焊點(diǎn)）用細(xì)砂紙輕磨至光亮，去除氧化層，用無(wú)水乙醇清潔。

粘貼固定：在紅色標(biāo)記位置涂抹高溫膠（面積≥3×3mm），將熱電偶測(cè)量端（焊點(diǎn)朝下）壓入膠層中心，確保焊點(diǎn)與涂層表面緊密接觸（膠層厚度≤0.05mm），周圍用膠密封（避免高溫氣體滲入）。

固化工藝：與應(yīng)變片固化步驟一致（階梯升溫至 800℃），確保與應(yīng)變片膠層同步老化，減少熱膨脹差異。

4. 導(dǎo)線連接與固定（核心：抗振動(dòng)疲勞）

引線焊接：

應(yīng)變片引線（0.1mm 鉑絲）與導(dǎo)線用銀焊料（Ag-Cu-Zn 合金，熔點(diǎn) 780℃）焊接，焊點(diǎn)長(zhǎng)度≥2mm（增大接觸面積），焊接后用陶瓷套管套住焊點(diǎn)（長(zhǎng)度 5mm），兩端用高溫膠密封。

熱電偶引線與導(dǎo)線采用同樣焊接工藝（確保 1000℃下導(dǎo)電性穩(wěn)定）。

導(dǎo)線固定：

從應(yīng)變片 / 熱電偶引出后，導(dǎo)線沿試件表面走向（盡量與振動(dòng)方向平行，減少剪切力），每隔 5cm 用陶瓷纖維膠帶纏繞固定（膠帶寬度 10mm，纏繞 2 圈，末端用高溫膠點(diǎn)封）。

在試件邊緣轉(zhuǎn)折處，用鎳基金屬卡箍（內(nèi)徑 1.2mm）固定導(dǎo)線（卡箍與試件接觸點(diǎn)涂高溫膠，增強(qiáng)摩擦力）。

導(dǎo)線末端預(yù)留 2m 長(zhǎng)度（整根無(wú)接頭），端部剝線 5mm，壓接高溫接線端子（銅鍍鎳材質(zhì)）。

三、質(zhì)量控制與驗(yàn)證（確保 2h 穩(wěn)定）

1. 粘貼強(qiáng)度測(cè)試

室溫下用拉力計(jì)（精度 0.1N）沿導(dǎo)線軸向輕拉，拉力≥5N 時(shí)應(yīng)變片 / 熱電偶無(wú)位移（對(duì)應(yīng)振動(dòng) 50g 時(shí)的慣性力約 0.5N，安全系數(shù) 10 倍）。

2. 高溫預(yù)測(cè)試

選取 1 件備用試件（同工藝粘貼），在烘箱中 1000℃保溫 2h，冷卻后檢查：

應(yīng)變片 / 熱電偶無(wú)脫落、膠層無(wú)開裂；

應(yīng)變片絕緣電阻（1000℃，用高溫兆歐表）≥500MΩ；

熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶（S 型）對(duì)比，誤差≤2℃。

3. 振動(dòng)預(yù)測(cè)試

對(duì)高溫預(yù)測(cè)試合格件，在振動(dòng)臺(tái)（2000-5000Hz，50g）上振動(dòng) 2h，檢查：

導(dǎo)線無(wú)斷裂、焊點(diǎn)無(wú)松動(dòng)；

應(yīng)變片信號(hào)（靜態(tài)加載）無(wú)漂移（波動(dòng)≤0.5με）。

四、注意事項(xiàng)

涂層保護(hù)：打磨時(shí)采用 “畫圈輕磨” 手法，僅去除表面 0.03-0.05mm，打磨后用顯微鏡（10×）檢查涂層完整性（無(wú)剝落、裂紋）。

膠層控制：膠層過(guò)厚會(huì)導(dǎo)致高溫下熱應(yīng)力集中（陶瓷膠與涂層熱膨脹系數(shù)差異約 5×10??/℃），需通過(guò)玻璃片加壓嚴(yán)格控制厚度。

導(dǎo)線冗余：導(dǎo)線長(zhǎng)度預(yù)留 2.5m，避免因試件振動(dòng)拉伸導(dǎo)致導(dǎo)線受力（振動(dòng)時(shí)最大拉伸量約 0.5%，2.5m 預(yù)留可承受 12.5mm 拉伸）。

總結(jié)

通過(guò)選用耐 1000℃的鉑銠應(yīng)變片、S 型熱電偶及陶瓷高溫膠，結(jié)合 “輕微打磨 - 階梯固化 - 分段固定” 工藝，可確保 7 件試件在 2000-5000Hz、50g 振動(dòng)下穩(wěn)定工作 2h。核心控制點(diǎn)為：涂層打磨深度≤0.05mm、膠層厚度 0.03-0.05mm、導(dǎo)線每 5cm 固定 1 次，通過(guò)高溫 + 振動(dòng)預(yù)測(cè)試驗(yàn)證可靠性。