超高温压电振动传感器研制

一、基本信息

· 成果名称：超高温压电振动传感器研制

· 完成团队/负责人：固体化学与新材料研究团队

· 所属研究方向：智能传感器

二、成果简介

· 核心创新点：揭示了超高温压电材料性能起源与电学演变机理；突破了封装全系统的超高温热匹配工艺，开发出宽温域近零温漂、高灵敏度传感器，并率先建立了航发真实环境测试平台与行业评价标准规范。

· 解决的主要技术问题：攻克了传统压电材料高温稳定性差、介电损耗大，以及器件在超高温极端工况下气密封难、热应力失配失效等核心瓶颈。优势在于实现了振动传感器在850°C以内的超高灵敏度与近零温漂，攻克了全链条自主可控技术，填补了国内真实航发考核环境与测试规范的空白。

三、技术指标与成熟度

· 关键性能指标：各项核心指标均由国家权威第三方机构检测验证，并全面达到或优于任务要求。

1. 核心压电材料：850°C超高温下压电常数（d₁₅）高达~10pC/N；高温电阻率达 >10⁶ Ω·cm；压电系数温度稳定性极佳，从室温至 850 °C 温漂偏差控制在10%之间。

2. 定膨胀封装体系：研发的高温合金热膨胀系数与压电晶体的偏差被精确控制在-4 ~ +4 ppm/°C范围内；且金属元件在850 °C空气环境保温10h后的氧化增重均优于0.3 mg/cm²，抗氧化性能优异。

3. 超高温振动传感器样机：最高稳定工作温度达850 °C ；测量量程宽达0.1g ~ 200g；全温区灵敏度高达8.05 pC/g，且灵敏度温漂控制在10% 之间；频率响应范围覆盖50Hz ~ 3.0kHz（偏差上限控制在10%）；最大横向灵敏度比<5%，最大非线性度<1%。

· 技术成熟度等级：TRL 5~6级。目前已成功研制出满足850 °C振动测试应用的多款传感器原型样机；并且已搭建完成发动机热端部件振动测试平台与校准系统，具备开展实际发动机热端部件实测验证的条件。

· 知识产权情况：成果丰硕，全链条技术具有高度自主知识产权保护。项目实施期间，共计发表高水平SCI或中文核心期刊论文 25 篇；申请/受理国家发明专利达13项（涵盖材料机理、结构设计、封装工艺及测试评价平台）。

四、应用前景与市场潜力

· 潜在应用场景，预计市场规模，当前合作/转化意向：重点服务于航空、航天器及设备制造、核工业反应堆等国家重大战略领域中的极端高温振动监测需求。同时可广泛拓展至其他类型的高温传感器及工业高温测试场景。超高温压电材料及其振动传感器核心技术长期被国外少数企业垄断。随着我国核工业与航空航天行业的高速发展，市场对具有高可靠性的国产超高温振动传感器需求呈持续爆发态势。本成果有望面向国内年需求过十亿的市场，填补国内在此领域未形成系统产业的空白，创造极高的经济价值与社会安全效益。

五、团队基础与支撑条件

· 研发团队依托海南大学固体化学与新材料研究所，北京科技大学材料科学与工程、冶金工程“一流学科”科研平台及两个国家重点实验室，并联合深圳大学，华中科技大学和中国科学院上海硅酸盐研究所先进测试平台以及中国航发集团航空发动机验证平台。团队具备丰富的大科学装置（高分辨同步辐射、中子散射）原位测试经验，同时实验室内自备专用于超高温压电材料制备与烧结的高温烧结炉、真空电弧炉、透射电镜原位测试与漂移校正系统及高品质单晶薄膜制备设备等顶尖实验与中试研发设备。

六、 问题与需求

· 进一步推动转化存在的堵点问题，需要的资源支持

为加速成果向工业级传感器转化，存在以下需求：

1. 需要对接具备成熟高温传感器封装、焊接与装配产线的头部企业，联合开展超高温环境下的系统级组装与封装工艺攻关。

2. 亟需航空发动机或核电领域的应用终端提供真实服役测试平台，以获取真实工况下的振动监测反馈数据，完成定型。

3. 进一步扩大高品质压电单晶及定膨胀匹配壳体材料的规模化制备产能，推动从“实验室样品”向“产业化产品”的跨越。