用于FBG传感器粘贴封装的Si3N4无机胶粘剂制备及性能.pdfVIP

2011年 5月 西安石油大学学报 (自然科学版) May 2011 第26卷第3期 JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition) VoI．26No．3 文章编号：1673-064X(2011)0343097-03 用于FBG传感器粘贴封装的Si3N4 无机胶粘剂制备及性能 周 红 ，乔学光 ，贾振安 ，李娟妮 ，兆 雪 (1．西安石油大学 教育部光电油气测井与检测重点实验室，陕西 西安710065；2．西北大学，陕西 西安 710069) 摘要：采用共混法，在 si3N 中掺入纳米SiO2、TiO 和SiC粒子，制备出适用于FBG传感器粘贴和封 装的无机胶粘剂．用原子力显微镜 (AFM)观察了胶粘剂的组团结构，用电子万能材料试验机测试 了其力学性能，用光谱分析仪对上述胶粘剂封装的FBG温度、压力传感器的性能进行了测试．结果 表明，该胶粘剂的最大抗拉强度为45．01MPa，最大剪切强度为44．34MPa，其浸水保持率大于 89．8％．封装后的FBG温度、压力传感器可用于301．8℃、42MPa油气水混合的使用环境． 关键词：无机胶粘剂；光纤光栅(FBG)传感器；抗拉强度；剪切强度 中图分类号：TN253 文献标识码 ：A 光纤光栅(FBG)传感器作为一种新型的光无源 器件，具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、耐腐蚀、易 1 原有无机胶粘剂封装FBG传感器 于实现波分、时分和空分复用的优点，已成为当今传 的优点及不足 感领域研究的新兴课题．外界物理量 (如压强、温度 和应变)的变化将引起光纤光栅反射光谱或透射光 无机胶粘剂一般可分为气干型、水固化型、金属 谱的中心波长漂移 ，通过检测波长漂移量可实现对 焊料型、低熔点玻璃型、热固化反应型及牙科用水泥 物理量的测量 ¨ ．FBG本身非常纤细，直接使用容 易损坏，因此，在 FBG传感器的制造中，经常需要将 型6类．其中低熔点玻璃型和热固化反应无机胶粘 FBG粘贴固定在基底材料上，借助基底材料的形变 剂较为适合FBG传感器的粘接和封装，它们的优点 传递外界待测量，实现工程测量．此外，FBG传感器 及不足 ：①耐高温，胶粘剂本身可承受 800～ 的封装技术也是制约其在恶劣工作环境中应用的技 1000oC的高温；②套接强度高，硬度大；③耐腐蚀、 术难题． 耐磨损，抗氧化性能较好；④脆性大，剪切强度较低； 提出了一种以氮化硅(SiN)为基础材料，掺人 ⑤固化收缩率较大(1％一3％)；⑥耐水性能尤其是 纳米二氧化硅 (SiO)、二氧化钛 (TiO)和碳化硅 耐沸水性能较差． (SiC)粒子，用于FBG传感器粘接和封装的无机胶 用上述胶粘剂封装FBG传感器，虽然可以满足 粘剂的制备方法．该类胶粘剂克服了通常无机胶粘 粘接强度高、耐温、耐油、耐腐蚀等性能，但是存在着 剂耐水性能差、收缩率大的缺点，具有 良好的耐温、 波形易啁啾、易拉裂基底材料和耐水性能较差等不 耐压、耐水特性及优 良的力学性能． 足．因此，制备一种既可发挥无机胶粘剂的优 良性 能，又能有效克服其不足的无机胶粘剂，对于FBG 收稿 日期：2010．10-29 基金项目：国家 “863”计划资助项 目(编号：2007AA03Z413)；陕西省教育厅项 目(编号 ：09JK704) 作者简介：周红(1958-)，女，副教授，主要从事光纤传感及检测技术研究．E-m