Защитный чехол термометра и способ его изготовления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социалистических

Реслублик (ilail 000782 (б1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 2809,81 (2! ) 3341913/18-10

)щм.к .

G 01 К 1/08 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет (33) УДК 536 ° 532 (088.8) Опубликовено 2802.83. Бюллетень N> 8

Дата опубликования описания 280283

Постсачей;

„Жу)еина ь" :.: . (72) Авторы изобретения

С.М. Кац, В.Н. Богин, Н.Г. Чубенко, A.A

Г.Н. Мехед, В.Н. Жучин, М.М. Клюев и Г (71) Заявитель (54) ЗАЩИТНЫЙ ЧЕХОЛ ТЕРМОМЕТРА

И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерениям высоких температур (до 2500 С ) и может быть использовано в металлургии, например, при измерениях температуры жидкой стали.и тугоплавких металлов в течение длительноговремени.

Известно защитное устройство для термопары, содержащее чехол на основе корунда, установленный в кварцевом наконечнике с зазором, заполненным глиноземом 1 .

Надежность указанного устройства невысокая, а измеряемая температура не более 1500о..

Известен трехслойный наконечник для непрерывного измерения температуры жидкой стали, содержащий наруж- . ный чехол иэ борида циркония (ZrB< ), в который вставлен чехол из алунда, а зазор между чехлами заполнен порошком из окиси алюминия (А Ов ) ).21.

Такие чехлы позволяют вести непрерывное измерение температуры стали, однако ZrB> имеет низкую прочность и не обладает газоплотностью, поэтому i-оявление микротрещин во внутреннем слое приводит к снижению эффективн .сти защиты.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является защитный чехол, выполненный в.виде . цилиндрической трубки с днищем, изготовленной иэ материала на основе тугоплавкого металла и окисла. Внешняя трубка указанного чехла изготов- лена из металлокерамического материала (кермета ), содержащего молибден (No ) и ZrOg, а внутренняя трубка — из А! 0 t 3) °

Недостатками такого защитного чехла являются малая надежность и термостойкость, ограниченный срок службы (не более 10-15 погружений ).

Известен способ изготовления мателлокерамического чехла, заключающийся в нанесении защитного слоя из керамического волокна на трубку, из никеля, при этом защитный слой пропитывается алюмофосфатной связкой (4).

Однако изготовленные данные способом наконечники пригодны лишь для кратковременных измерений температуры до 1400-1600

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления слоистого изделия, включающий образование много1000782

< лойной структуры из окисных и металлических слоев, уплотнение ее и термообработку. Пастообраэные слои из керамики, металлокерамики и металла поочередно наклад..|вают друг на друга, подпрессовывают и обжигают (5).

Недостатками указанного способа являются ограниченная плотность получаемой слоистой структуры, сложность технологического процесса, трудность изготовления этим способом композита иэ большого числа слоев, невозможность получения тонких слоев (50-100 мкм и менее ).

Цель изобретения — rовышение надежности чехла. 15

Укаэайная цель достигается тем, что цилиндрическая часть устройства состоит иэ расположенных концентрически или по спирали слоев окисла, чередующихся со слоями тугоплавкого 2О металла, каждый слой которого имеет толщину, равную 0,2-2,0 толщинам слоя окисла, а днище чехла образовано слоями, являющимися продолжением цилиндрической части. 25

Указанная цель достигается также тем, что согласно способу изготовления чехла сначала набирают пакеты иэ чередующихся металлических и окисных пленок, изготовленных из высокодисперсных порошков металла и окисла с одинаковым содержанием одного и того же связующего, уплотняют их, формуют из пакетов цилиндрическую трубку, одному иэ концов которой придают полусферическую форму и термообрабатывают чехол до спекания и удаления связующего. При этом в качестве связующего пленок используют бензиноацетоновый раствор.

На фиг. 1 схематически изображен 4О защитный чехол; на фиг. 2 и 3 — поперечное сечение защитного чехла с концентрическим и спиральным расположением слоев соответственно.

Чехол имеет цилиндрическую часть ,. 45

А и полусферическое днище В. Цилиндрическая часть состоит из концентрически расположенных окисных слоев 1, например из окиси алюминия (А)2 03 ), чередующихся с металлическими слоями 2, например из молибдена (Ио ), а днище образовано слоями 3, являющимися продолжением слоев цилиндрической части. Снаружи чехла имеется тонкая облицовка иэ нескольких окисных слоев. Во внутренней полости чехла может быть размещена термопара 4 в двухканальной электроиэоляционной соломке 5. Защитный чехол термометра, обладающий повышен-бО ной надежностью, теплостойкостью и возможностью многократного измерения температуры расплавленных металлов, в частности стали и чугуна при температурах до 2200-2500 С, может содержать от 5 до 200 слоев тугоп.чавкого окисла, на ример 2 гО, толщиной каждого слоя от 20 до 200 мкм, чередующихся со слоями тугоплавкого метапла, например молибдена (Mo ) или вольфрама (W ). Для обеспечения надежности, QKHGHQA стойкости и возможности многократного использования чехла толщина его стенки, исходя иэ известных диффузионных характеристик окислов, должна быть порядка 1-2 мм.

Поэтому минимальное количество окисных и металлических слоев должно. быть не менее 5-8 при использовании пленок толщиной более 100-150 мкм.

Максимальная тблщина стенки чехла регламентируется в меньшей степени..

Она выбирается исходя из требуемых габаритных и весовых характеристик и желательного срока службы, и ограничена, главным образом, условиями удаления связующего иэ пластйфицированных пленок при термообработке чехла. Например, удаление каучуковых и высокомолекулярных органических связок становится затруднительным при толщине чехла более более 6-10 мм.

Поэтому максимальное количество окисных и металлических слоев должно быть порядка 100-200 при использовании пленок толщиной 50-100 мкм.

Толщина металлического слоя может составлять от 0,2 до 2,0 толщины примыкающего окисного слоя.

Этот интервал соотношения обусловлен следующими соображениями.

При толщине металлического слоя (д ).менее 0,2 от толщины окисного слоя (К„„), т.е. при соотношении Д 7 5 д,д термостойкость .не будет значительно отличаться от термостойкости окисла, что ограничит работоспособность, срок службы, число теплосмен брехла.

При соотношениидмт2дд, защитные, корозионно-эрозионные свойства чехла будут недостаточны для существенного увеличения срока службы чехла по сравнению с известными чехлами.

Толщина каждого слоя должна быть в пределах от 20 до 200 мкм. При толщине пленки менее 20 мкм не обеспечивается, как показала практика, их бездефектность в пластифицированном и, особенно, в спеченном состоянии. При толщине пленки более

200 мкм заметно снижаются их прочностные характеристики. Например, изгибная прочность спеченной фольги из 2r0< толщиной 50 мкм при 20оС составила 320-370 фПа, а толщиной

220 мкм — 120-150 МПа.

Предлагаемый способ изготовления защитного чехла заключается в том, что из пленок, отлитых из высокодис— персных порошков окисла и металла с одинаковым содержанием одного и

1000 782 того же пленкообраэующего связующего, набирают пакеты, Уплотняют их прокаткой или прессованием, формуют иэ пакетов заготовку чехла и термообрабатывают ее до спекания и удаления связующего.

П р н м е р. Для изготовления чехла были отлиты пленки толщиной

120 мкм из суспензий порошка ZrO .è

Ио с каучуковым связующим(5Ъ-ный раствор каучука СКН-26 в смеси бен- 10 зина н ацетона ). Из пленок были собраны пакеты толщиной в 1 мм, содержащие по 10 слоев чередующихся пленок на основе ZrO< и Ио. Каждый пакет

6ьл прокатан в валках до толщины .!5

0,5 мм, при этом пленочные слои были утоньшены до 50-60 мкм. Подобным же образом был прокатан пакет из трех пленок ZrOy с начальной толщиной

120 мкм для окисной облицовки чех- 20 ла. Полученные заготовки (прокатанные пакеты ) были уложены в виде спирально расположенных дуг, шириной около 50 мм и длиной 200 мм, на металлическую оправку, диаметром 6 мм, Снаружи таким же образом была Размещена заготовка акисной облицовки и затем вся сборка была обжата в пресс-форме под давлением 10 т. На получерной трубке с помощью пуансона с полусферическим углублением формовалось днище путем плавного эагибания слоев на конце трубки в углубление пуансона. После медленного удаления связующего чехол был спечен. в вакуумной электропечи при

2000 С с выдержкой 2 ч. Для предотвращения корабления чехол при обжиге помещали в молибденовую трубку.

Защитный чехол термометра и способ его изготовления имеют по сравне-40 нию с известным чехлом и способом следующие преимущества.

Повышение рабочей температуры чехла в среде Расплавленных металлов до 2200-2500ОC благодаря возможности 45 использования композиционного материала (слоистой структуры ). на основе тугоплавких металлов и Окислов с высокой жаростойкостью, эрозионной и корозионной стойкостью. 50

:Повышение срока службы и возможность многократного измерения температуры благодаря многослойной структуре чехла, обладающего высокой термостойкостью, ударной вязкостью, 55 прочностью и сопротивлением ползу- . чести.

Повышение надежности чехла благодаря изготовлению его из большого числа металлических и окисных слоев, которые при локальном повреждении поочередно вступают в контакт со средой.

Упрощение технологии изготовления чехла благодаря формованию его из пластифицированных металлических и. окисных пленок и совместному их спеканию.

ФОРмула изобретения

1. Защитный чехол термометра, выполненный в виде цилиндрической трубки с днищем, изготовленной из материала на основе тугоплавкого металла и окисла, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повыаения надежности чехла, его цилиндрическая часть состоит из расположенных концентрически или по спирали слоев окисла, чередующихся со слоями тугоплавкого металла, каждый слой которого имеет толщину, равную

0,2-2,0 толщинам слоя окисла, а днище. чехла образовано слоями, являющимися продолжением цилиндрической части.

2. Способ изготовления защитного чехла термометра, включающий .образование многослойной структуры из окисных и металлических слоев, уп= лотнение ее и термообработку, о т л и ч а ю шийся тем, что сначала набирают пакеты из чередующихся металлических и окисных пленок, изготовленных из высокодисперсных порошков металла и окисла с одинаковым содержанием одного и того жесвязующего, уплотняют их, формуют из пакетов цилиндрическую трубку, одному из концов которой придают полусферическую форму и термообрабатывают чехол до спекания и удаления связующего.

3. Способ изготовления защитного чехла термометра по п.1, о т л и — ч а ю шийся тем, что в качестве связующего пленок используют. бензинбацетоновый раствор каучука.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 693134, кл. 6 01 К 1/12, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

М 147817, кл. G 01 К 1/08, 1961.

3. "The Magazin of Metal Producing" 1969. 9 7 (прототип устройства ).

4. Авторское свидетельство СССР

Р 488091, кл. G 01 К 1/08, 1974.

5. Патент США 9 3975165, кл. 29-182,2, 1976 (прототип способа ).

1000782

Составитель Г. Мухина

Редактор М. Янович Техред T.Èàòî÷êà Корректор H. Король

Э

Заказ 1361/40 Тираж 871 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППИ "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4