本文選題：電容式應變計 + 鈦酸鍶鋇薄膜�。� 參考：《電子科技大學》2016年碩士論文

【摘要】：應變計在各種零部件的力學性能以及力學行為研究中發(fā)揮著重要的作用。目前,應變計大部分是基于壓阻效應,即電阻隨應變的變化而成比例變化。電阻式應變計在高溫環(huán)境下易氧化,穩(wěn)定性、可靠性較差,不能滿足航天、航空核電等領域高溫環(huán)境下的應用需求。而電容式應變計的應變敏感介質(zhì)一般采用介質(zhì)材料,具有更好的高溫穩(wěn)定性和高溫下抗干擾能力。本研究采用鈦酸鍶鋇(Ba0.5Sr0.5TiO3,BST)作為電容應變計的應變敏感介質(zhì),由于BST的介電常數(shù)對應變敏感,有可能提高其應變靈敏系數(shù)。本論文通過射頻磁控濺射鍍膜技術和微細加工技術,研制了采用BST薄膜作為應變敏感層的BST電容應變計,并與以氧化鋁(Al2O3)作為應變敏感層的Al2O3電容應變計進行對比,研究了其應變敏感特性、介電特性和溫度特性。主要研究內(nèi)容和結果如下:1.設計并制備了平面插指結構的電容式BST薄膜應變計。采用射頻磁控濺射的方法制備了BST薄膜,采用直流濺射的方法制備了PdCr電極,并通過光刻剝離工藝實現(xiàn)插指電極的圖形化。2.對電容式BST薄膜應變計的頻率性能和溫度性能進行了研究。結果表明,當頻率在100 kHz附近時,應變計的電容值較為穩(wěn)定,且介電損耗很小,因此在此頻率下測試電容應變計的性能較合適。BST電容應變計的電容隨著溫度的增加先降低后增加,其電容溫度系數(shù)(TCC)由負變?yōu)檎?.對電容式BST薄膜應變計和Al2O3應變計的應變敏感性能進行了對比研究。首先采用懸臂梁結構對應變計的撓曲應變敏感性能進行了測試。結果表明,對于BST電容應變計,由于應變的增加會導致BST薄膜介電常數(shù)增加,從而使其電容值增加,測得應變靈敏度(GF因子)是3.13,滯后性(?Hm)的最大值為8.9%。對于Al2O3電容應變計,應變的增加會導致插指電極間距增加,其電容值減小,測得GF因子為-3.4,滯后性?Hm的值為11.5%。然后采用Zwick拉伸機對應變計的剪切應變敏感性能進行了測試。結果表明,BST應變計的GF因子是2,Al2O3應變計的GF因子是-10.8。撓曲應變和剪切應變下測得的GF因子趨勢一致但大小不同,其原因可能是,由于BST薄膜的各向異性,BST材料的介電常數(shù)對撓曲應變更敏感,采用懸臂梁結構測試的GF因子更大,而剪切應變對插指電極間距的影響更大,造成使用拉伸結構測試的Al2O3電容應變計的GF因子更大。
[Abstract]:Strain gauge plays an important role in the study of mechanical properties and mechanical behavior of various parts. At present, the strain gauge is mostly based on the piezoresistive effect, that is, the resistance changes proportionally with the strain. The resistive strain gauge is easy to be oxidized, stable and reliable in high temperature environment. It can not meet the application requirements of aerospace, aviation nuclear power and other high temperature environment. The strain sensitive medium of capacitive strain gauge generally adopts dielectric material, which has better high temperature stability and anti-interference ability at high temperature. In this study, barium strontium titanate Ba0.5Sr0.5TiO3BST was used as the strain sensitive medium of the capacitance strain gauge. Because the dielectric constant of BST is sensitive to strain, the strain sensitivity coefficient may be improved. In this paper, BST capacitive strain gauge using BST thin film as strain sensitive layer is developed by RF magnetron sputtering coating technology and micro fabrication technology, and compared with Al2O3 capacitor strain gauge with Al 2O 3 as strain sensitive layer. The strain sensitivity, dielectric and temperature characteristics are studied. The main contents and results are as follows: 1. A capacitive BST thin film strain gauge with planar insertion structure was designed and fabricated. BST thin films were prepared by RF magnetron sputtering and PdCr electrodes were prepared by DC sputtering. The frequency and temperature properties of capacitive BST film strain gauge are studied. The results show that the capacitance of the strain gauge is stable and the dielectric loss is very small when the frequency is around 100 kHz. Therefore, the performance of the capacitance strain gauge measured at this frequency is more suitable. The capacitance of the capacitance strain gauge decreases first and then increases with the increase of temperature, and the capacitance temperature coefficient (TCCs) changes from negative to positive. 3. The strain sensitivity of capacitive BST film strain gauge and Al2O3 strain gauge were studied. First, the flexural strain sensitivity of the strain gauge is measured by cantilever beam structure. The results show that for BST capacitive strain gauge, the dielectric constant of BST film will increase because of the increase of strain. The measured strain sensitivity factor (GF) is 3.13, and the maximum value of lag Hm is 8.9%. For Al2O3 capacitive strain gauge, the increase of strain will lead to the increase of the electrode spacing and the decrease of the capacitance. The measured GF factor is -3.4, and the hysteresis Hm is 11.5. Then the shear strain sensitivity of the strain gauge was tested by Zwick extender. The results showed that the GF factor of BST strain gauge was -10.8. The trend of GF factor measured under flexural strain and shear strain is the same but different, which may be due to the fact that the dielectric constant of anisotropic BST films is more sensitive to flexural strain, and the GF factor measured by cantilever beam structure is larger. The effect of shear strain on the intercalation electrode spacing is greater, and the GF factor of Al2O3 capacitive strain gauge tested by tensile structure is larger.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH823.3

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本文編號：1855799