[其他]碳化硅再結(jié)晶熱電偶保護(hù)管

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 87206878
• 申請(qǐng)日: 1987-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN87206878U
• 公開（公告）日: 1988-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 國興杰;劉琨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 第五砂輪廠
• 主分類號(hào): G01K1/08
• 分類號(hào): G01K1/08
• 代理公司: 陜西省發(fā)明專利服務(wù)中心
• 代理人: 李中群

本實(shí)用新型涉及一種用于熱電偶測(cè)溫時(shí)起保護(hù)作用的外套管。

傳統(tǒng)的熱電偶保護(hù)管一般有氧化物（如氧化鋁）質(zhì)、陶瓷質(zhì)和粘土結(jié)合的碳化硅質(zhì)套管。套管的一端封閉，另一端有供熱電偶插入的開孔。這類保護(hù)管自美國在50～70年代首先采用，之后又有蘇聯(lián)、日本、西歐等許多國家廣泛使用，我國亦有不少廠家在使用。近年來，在有色、稀土、黑色冶金以及建材、化工等工業(yè)領(lǐng)域，各種新型高溫窯爐相繼出現(xiàn)。由于高溫窯爐的工作條件惡劣，溫度高、腐蝕性強(qiáng)、內(nèi)部火焰及煙塵的沖刷大，因而便對(duì)熱電偶保護(hù)管提出了更高的要求，它必須具備耐高溫、抗氧化、抗腐蝕并具備有高的熱傳導(dǎo)系數(shù)，尤其是優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能（耐急冷急熱性）等。

氧化鋁（Al₂O₃）質(zhì)保護(hù)管具有很高的耐火度和高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能夠在1600℃高溫下使用，但由于該制品中存有雜質(zhì)相，系統(tǒng)內(nèi)熱膨脹系數(shù)不均勻，影響導(dǎo)熱性能，導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性差，故在高溫惡劣環(huán)境中不能單獨(dú)使用。

添加入粘土結(jié)合劑的碳化硅套管做為一種致密材料，其熱穩(wěn)定性能較氧化鋁制品優(yōu)異，且具有較高的抗氧化能力，但它有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，從性能上講，它只適合使用在1250℃以下的溫區(qū)，當(dāng)該產(chǎn)品在1300℃以上的溫區(qū)使用時(shí)，產(chǎn)品中的粘土成份與碳化硅發(fā)生分解反應(yīng)。反應(yīng)方程：

反應(yīng)結(jié)果，由固相粘土（Al₂O₃·2SiO₂）和碳化硅物質(zhì)生成兩種氣相物質(zhì)一氧化硅和一氧化碳及一種固相物質(zhì)氧化鋁。所以其耐高溫性能和高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等都受到嚴(yán)重影響。雖然產(chǎn)生了新的氧化鋁相，但由于反應(yīng)過程中兩種氣相物質(zhì)逸出作用的結(jié)果，導(dǎo)致氧化鋁疏松的組織結(jié)構(gòu)；這種組織狀況高溫度強(qiáng)度較差。所以分解后的產(chǎn)品既經(jīng)不起強(qiáng)大氣流的沖擊，也耐不了急冷急熱變化的破壞作用，因此上述反應(yīng)的必然結(jié)果是導(dǎo)致粘土結(jié)合的碳化硅熱電偶保護(hù)管的壽命大幅度縮短。另外粘土結(jié)合的碳化硅材料還有一個(gè)無法克服的弱點(diǎn)，就是高溫下粘土中的二氧化硅（SiO₂）與碳化硅反應(yīng)生成硅和碳，這些殘留碳是引起制品黑芯的根源。黑芯的制品熱穩(wěn)定性能降低，又是粘土結(jié)合的碳化硅質(zhì)保護(hù)管性能低劣的另一個(gè)原因。

申請(qǐng)人曾對(duì)一些使用傳統(tǒng)熱電偶保護(hù)管的單位進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于熱電偶保護(hù)管材料不得當(dāng)，致使雙鉑銠熱電偶損壞的數(shù)量相當(dāng)之大，且造成的經(jīng)濟(jì)損失也是相當(dāng)驚人的。如長(zhǎng)治鋼鐵廠一軋、中型分廠使用剛玉管、高鋁管等材料制作的保護(hù)管，在幾天甚至幾小時(shí)內(nèi)便被燒壞，僅一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)每年的浪費(fèi)就逾萬元。白銀有色金屬公司前幾年使用粘土結(jié)合的碳化硅保護(hù)管，使用壽命最長(zhǎng)的只有四天，該公司每年多用于熱電偶的使用費(fèi)用達(dá)15～20萬元。這樣，就上述類型的有色和黑色冶金工業(yè)推算，由于熱電偶保護(hù)管問題未能很好解決所造成的經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)2300萬元以上，若再加上其它行業(yè)的消耗，損失數(shù)字就更驚人。

本實(shí)用新型的任務(wù)是對(duì)已有技術(shù)在材料上加以改進(jìn)，進(jìn)一步提高保護(hù)管的耐高溫性和熱穩(wěn)定性等諸項(xiàng)性能指標(biāo)，以適合做高溫窯爐惡劣環(huán)境中的熱電偶保護(hù)，達(dá)到延長(zhǎng)測(cè)溫?zé)犭娕际褂脡勖哪康摹?/p>

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是這樣的：采用再結(jié)晶的碳化硅質(zhì)材料做為熱電偶保護(hù)管的制造材料。它是以碳化硅為主要原料，加入適量的有機(jī)結(jié)合劑如聚乙稀醇、糊精、酚醛樹脂等，經(jīng)高溫?cái)D壓成型，并經(jīng)預(yù)燒、燒成、涂敷及特殊熱處理等再結(jié)晶工藝方法制成的成份含量為97±2％的純碳化硅材料，碳化硅成份的晶型為α型碳化硅（α－SiC）約88～98％，β型碳化硅（β－SiC）約2～12％。

由于坯體內(nèi)部的高純度性并且不含無定形相，所以再結(jié)晶碳化硅原材料的導(dǎo)熱性能特別好。其熱導(dǎo)系數(shù)是氧化鋁材料和剛玉質(zhì)材料2～4倍。這種材料具有很低的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)做較粗略的計(jì)算時(shí)，其平均熱膨脹系數(shù)在25～1400℃溫區(qū)范圍內(nèi)可以取4.4×10⁶／℃（同溫區(qū)內(nèi)剛玉的系數(shù)為7～8×10⁶／℃）。正是因?yàn)樵俳Y(jié)晶碳化硅質(zhì)材料所具備的高的導(dǎo)熱性和小而均勻的熱膨脹系數(shù)的緣故，使其制品在加熱和冷卻過程中受到的熱應(yīng)力小。這也就是該保護(hù)管耐高溫性和熱穩(wěn)定性優(yōu)異的根源，除此之外，它還以高的強(qiáng)度，其中包括熱態(tài)時(shí)的強(qiáng)度著稱。