GE渦輪葉片上打印高溫陶瓷傳感器的專(zhuān)利獲批

　　在燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機中，空氣被吸入發(fā)動(dòng)機前部，由旋轉式壓縮機壓縮，并與燃料混合?；旌衔锶紵?，熱氣通過(guò)安裝在軸上的渦輪機排放出來(lái)。氣體的流動(dòng)使得渦輪轉動(dòng)，驅動(dòng)壓縮機和風(fēng)扇。熱廢氣從發(fā)動(dòng)機的后部流動(dòng)，推動(dòng)發(fā)動(dòng)機和飛機前進(jìn)。

　　燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機工作時(shí)，燃燒氣體的溫度可能超過(guò)3000F。此外，渦輪機組件可能會(huì )遇到壓力/或各種應力使其加速老化。雖然可以使用各種工具在相對標準的環(huán)境中來(lái)測量葉片的工作狀態(tài)，渦輪發(fā)動(dòng)機的渦輪部件還是可能會(huì )遇到更熱和/或更具腐蝕性的工作條件，而不適合這樣的測量工具正常工作。因此，耐高溫和耐腐蝕的陶瓷應變傳感器在檢測葉片的運行方面具有很強的技術(shù)優(yōu)勢。

　　2017年1月17日GE獲得批準的專(zhuān)利中，公開(kāi)了用于制造渦輪機部件上的應變傳感器的方法。該方法包括渦輪部件的外部表面規劃，和如何將陶瓷材料沉積到外部表面指定的位置上。專(zhuān)利還公開(kāi)了一種監測渦輪部件的方法，該方法包括形成至少兩個(gè)參考點(diǎn)的應變傳感器。

　　應變傳感器的陶瓷粉體通過(guò)自動(dòng)化的3D打印增材制造工藝沉積到葉片表面上，陶瓷材料可以包括熱障涂層如氧化釔及穩定的氧化鋯。而一些特殊的渦輪部件位置上則不需要熱障涂層。

　　而完成應變傳感器的制造則需要不同設備之間的配合，包括氣溶膠噴射機(例如，Optomec氣溶膠和透鏡系統)、微噴機(如Ohcraft或nScrypt公司的微筆或3Dn)，以及 MesoScribe Technologies技術(shù)公司的等離子噴涂設備MesoPlasma。

　　Optomec氣溶膠噴射技術(shù)用于感應器的制造是被證明的成熟技術(shù)，之前斯旺西大學(xué)的研究人員就通過(guò)Optomec氣溶膠噴射技術(shù)直接打印應變和光學(xué)蠕變傳感器，用在噴氣發(fā)動(dòng)機的壓縮機葉片表面上。使用激光檢測系統和光學(xué)測量的傳感器，研究人員能夠確定一個(gè)組件的蠕變程度在10納米以?xún)?。威爾士打印和涂層中心研究人員(WCPC)認為這使得葉片的狀況可以被監測，且提高燃油效率以及提高發(fā)動(dòng)機運行溫度。

　　打印傳感器的過(guò)程開(kāi)始于用霧發(fā)生器霧化納米銀導電墨水，先是通過(guò)流空氣動(dòng)力學(xué)誘導沉積頭，產(chǎn)生鞘氣環(huán)狀流。通過(guò)噴嘴對準基板以同軸流量集中噴射。材料的圖案是通過(guò)數控命令來(lái)完成的，而在基板保持固定的同時(shí)，沉積頭和基板之間的距離保持不變，以確保的材料準確的沉積。

　　油墨沉積后，再經(jīng)過(guò)熱處理，使得傳感器具有正確的導電性和機械性能。另外局部處理是可能的，使用激光處理工藝，允許使用的材料具有非常低的溫度公差。最終的結果是高質(zhì)量的薄膜，細如10納米的邊緣定義帶來(lái)高性能的表現。

　　雖然WCPC研究人員正在使用納米銀油墨，這種材料到250攝氏度的時(shí)候是穩定的，他們也正在開(kāi)發(fā)的納米鉑墨水高溫構件(1200攝氏度)。如果獲得成功將具有十分的意義，因為傳感器的溫度限制是航空航天工業(yè)的一個(gè)主要問(wèn)題。

　　有趣的是Optomec在2015年就獲得了GE和歐特克的投資，看來(lái)GE在通過(guò)使用Optomec的技術(shù)的過(guò)程中發(fā)現了這項技術(shù)的市場(chǎng)潛力。從而通過(guò)其GE Venture Capital搶占在投資市場(chǎng)上的先機，而隨著(zhù)GE此項專(zhuān)利的獲批，Optomec技術(shù)的商業(yè)應用空間進(jìn)一步被大開(kāi)，GE Venture Capital的投資回報率更加明晰。小編認為GE通過(guò)下游應用端對前沿技術(shù)的嘗試，在打造其產(chǎn)業(yè)鏈上各個(gè)業(yè)務(wù)單元之間的相輔相成、相互借力方面的水平是很多公司望洋興嘆的。

　　小編認為相信隨著(zhù)GE申請此項技術(shù)的專(zhuān)利獲批，我們將會(huì )看到GE將渦輪葉片上打印高溫陶瓷傳感器技術(shù)用于實(shí)際的生產(chǎn)，而傳感器將被廣泛應用到如汽車(chē)，消費電子，工業(yè)自動(dòng)化，電信，建筑自動(dòng)化，航空航天和國防，醫療，鐵路領(lǐng)域。尤其是在消費類(lèi)電子設備領(lǐng)域需求潛力很大，如移動(dòng)電話(huà)，媒體播放器，智能電視，家庭影院系統，數碼相機，洗衣機，可穿戴設備，游戲設備等?；蛟S，下一步會(huì )有更多的類(lèi)似專(zhuān)利產(chǎn)生，而我們離全面物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代又更進(jìn)一步了。