Способ изготовления датчика температуры

 

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДАТЧШСА ТИЯШРАТУШ путем размещения поликристаллического те1 очувствительного наполнителя между коаксиально расположенными цилиндрической оболочкой и электродам и последующего прессования, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годных датчиков, в качестве наполнителя используют сплав магний-иттрий или магний-неодим, измельченный до фракций 0,1-1,0 мм, после прессования проводят термообработку на воздухе при 900-1 в теченда 7-9 ч и затем наполнитель допрессовывают. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что наполнитель t&teer след:)П(яций состав, мас.%: Магний74-76 Итпяй24-26 3.Способ по п. 1, о т л и ч а юV ) щ и и с я тем, что наясляйтель имеет следующий состав, Mac.Z: Нагиий74-76 Неодим24-26

t (19) (i i) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(5ыG01 К722

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

24-26

Неоднм

ГОСЗЩАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГП 1Й (21) 3674394/24-10 (22) 18. 10. 83 (46) 15.04.85. Бюл. У 14 (72) В.Н. Цыганков, Н.Б.Гориловская, 10.И.Сизенов и К.И.Петров (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени институт тонкой химической технологии нм. М.Б.Ломоносова (53) 536.532(088.8) (56) 1. Шефтель И.Т. Термореэисторы.

М., "Наука", 1973, с. 338-340.

2. Авторское свидетельство СССР

У 1024748, кл. G- 01 К 7/22, 1982 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДАТЧИКА ТЕИНКРАТУРЫ путем размещения поликристаллического термочувствительного наполнителя мехду коаксиально расноложеннъии цилиндрической оболочкой и электродом и последующего прессования, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годных датчиков, в качестве наполнителя используют сплав магний-иттрий или магний-неодим, измельченный до фракций О, 1-1.,0 мм, после прессования проводят термообработку на воздухе при 900-1100 С в течение 7-9 ч и затем наполнитель допрессовывают.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем,,что наколнитель имеет следующий состав, мас.Х:

Магний 74-76

Нттрий 24-26

3. Способ но и. 1 о т л и ч а юшийся тем, что нанолиитель имеет следующий состав, мас.X: . С»

Магний 74-76

1150496 2

Изобретение относится к термомет- рии и может быть использовано при изготовлении датчиков температуры, эксплуатируемых преимущественно при

650-700 С в течение около 1500 ч или кратковременно при температурах до 1100 С, Известен способ изготовления датчика температуры путем смешения окснтельного наполиителя между коаксиальщего прессования, в качестве наполни-5О дов или солей переходных металлов никеля, кобальта, марганца и т.п., прессования и герметизации Я .

Известный способ не позволяет изготавливать датчики, эксплуатируемые при температурах свыше 300 С, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ изготовления датчика температуры путем размещения поликристаллического термочувствительного наполиителя между коаксиально расположенными цилиндрической оболочкой и электродом и последующего прессования. В известном способе в качестве наполнителя используется трехвалентный безводный хлорид иридия, измельченный до фракций 0,01-0,03 мм, а прессование проводят под давлением 100-300 NIIa (2j .

Недостатком известного способа изготовления датчика температуры является низкий выход годных датчиков в связи с тем, что не удается обеспечить однородности злектросопротивления по объему термочувствительного наполнителя, что приводит к значительному отклонению параметров датчика от номинальной величины.

Целью изобретения является увеличение выхода годных датчиков температуры.

Для достижения поставленной цели согласно способу изготовления датчика температуры путем размешения поликристаллического термочувствино расположенными цилиндрической

I оболочкдй и электродом и последуютеля используют сплав магний-иттрий или магний-неодим, измельченный . до фракций 0,5-1,0 мм, после прессования проводят термообработку на воздухе при 900-1100 С в течение о

7-9 ч и затем наполнитель допрессовывают, при этом предпочтительно использовать наполнитель следующего

4О состава, мас.%: магний 74-76, иттрий (или неодим) 24-26.

Позволяет получить стабильную по составу оксидную композицию, сформированную непосредственно в конструкции датчика, при одновременном увеличении максимально допустимой температуры эксплуатации. Применение сплавов в качестве исходных компонентов позволяет максимально повысить степень распределения атомов магния, иттрия или неодима. Выбор сплава магний-иттрий или магний-неодим в качестве наполнителя обусловлен тем, что оксид магния - диэлектрик с малой степенью разупорядочения— определяет стабильность электрических характеристик, а оксиды иттрия и неодима являются полупроводниковьпки материалами. Введение иттрия или неодима в катионную подрешетку оксида магния, а также получение композиций на их основе обеспечивает получение высокоомного термочувствительного материала с повышенной однородностью и стабильностью электросопротивления. Кроме того, процесс окисления порошков сплавов, в отличие от неконтролируемого окисления части наполнителя хлорнда

0 иридия при нагревах выше 500 С на воздухе, протекает полностью, и одновременно формируются контактные слои на поверхностях электрода и оболочки, электрические свойства которых при последующей эксплуатации датчика не изменяются. Это обеспечивает стабильность электрических характеристик датчиков и повышает однородность электросопротивления по объему наполнителя. В образующиеся после термообработки композиции входят твердые растворы на основе оксида магния, оксид магния и оксиды иттрия или неодима, которые обеспечи,вают овьппение .удельного электросоп-! ротивления датчика до 1,25"10 о

:3,5 107 Ом"м при 250 С, в то время как хлорид иридия имеет удельное сопротивление 1, 15 10 Ом.м., При использовании в качестве наполнителя порошков сплавов магнийиттрий или магний-неодим фракции

0,5-1,0 мм, которые подвергаются предварительному холодному прессованию при 100-300 МПа, обеспечивается высокая прочность запрессовки и однородность электросопротивления датчиков.

3 1150 по объему, а также высокая скороств окисления зерен (пористость составляет 0,4-0,6).

В случае применения порошков сплавов фракций меньше 0.,5 мм при окислении s результате значительного увеличения объема наполнителя часть его выходит эа пределы внутреннего объема оболочки. Кроме того, резко ухудшается механическая прочность запрессовки, что приводит к выпадению электрода в процессе эксплуатации.

При использовании зерен, больших

1 мм, процесс окисления отдельных зерен происходит неполностью при термообработке на воздухе при 9001100 С в течение 9 ч, что ухудшает стабильность и воспроизводимость электрических характеристик датчиков. 0

Проведение термической обработки на воздухе после прессования при

900-1100 С обеспечивает полное окислекие сплавов и получение оксидных композиций, фазовый состав которых является равновесным условием эксклуатации при максимальной температуре 1100 С. При термообработках ниже 900оС для полного окисления сплавов необходима выдержка на воздухе, значительно превышающая 9 ч, что вызывает интенсивное окисление металлических поверхностей электрода и оболочки, которые выполняются из жаростойких нержавеющих сталей.

При термообработках при темпераь турах, превышающих 1100 С, и выдержках более 9 ч в результате интенсивного окисления металлических конструкций датчика также ухудшается прочность запрессовки, нарушается фазовая

40 однородность приконтактных областей, что снижает выход годных датчиков.

Кроме того, при термообработках свы1ше 1100 С достигается равновесие фаз при температурах, больших эксплуата- < ционных.. В процессе практического использования датчиков при последующих нагревах ниже 1100 С в результа-. те диффузионных процессов происходит изменение соотношений фаз в сторону равновесных, что обуславливает нестабильность электрических характеристик датчиков при экснлуатации.

При выдержке 7 ч при 1100 С обес- 55 печивает полное окисление частиц сплава. Прн меньших временных интервалах термообработки сохраняется

496 4 металлическая фаза сплава, что приводит к снижению электросопротивлення, и ухудшается фазовая однородность наполнителя.

При выдержках более 9 ч при 9001100 С наблюдается рост .оксидных слоев на поверхности электрода и оболочки s такой степени, что вызывает снижение прочности запрессовки, выпадение электрода, а также приводит к снижению выхода годных датчи» ков.

Допрессовка в интервале 100—

300 ИПа после термообработки обеспечивает стабильную степень пористости в интервале 0,4-0,5, что повышает прочность запрессовок, т.е. коаксиальную фиксацыо электрода и воспроизводимость электрических свойств

Предлагаемый интервал концентраций в сплаве магния и иттрия (или неодима) обеспечивает максимальное электросопротивление прк высокой однородности композиции. Гомогенность распределения иттрия спи неодима в магнии обеспечивается при сплавлении компонентов. А при соотношениях магния меньше 74 или больше 76 мас.X образующиеся при термообработках оксидные поликристаллические частицы не имеют трехмерного контакта друг с другом, образуют островковую структуру, что ухудшает однородность электрофизических характеристик по объему наполнителя.

Нри осуществлении предлагаемого способа изготовления датчика температуры поликристаллические фракции (порошки) сплавов магний-ervyaA aJIa магний-неодим, измельченные до фракций 0Ä5-1,0 мм, подвергают холодному прессованню на воздухе под давлекием 100-300 ИПа в ячейке коакскального типа. Ячейку помещают в предварительно нагретую при 900-1100 С печь и выдерживают в течение 2-9 ч на воздухе, затем ячейку извлекают

as печи и охлаждают на воздухе. Без извлечения образовавшихся оксидных композиций из ячейки осуществляют повторное холодное прессование при тех же давлениях.

Пример 1. Сплав состава

74 мас.Ж магния, иттрий остальное фракции 0,5 мм запрессовывают при

Редактор И.Рыбченко

Заказ 2132/31 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул,Проектная, 4 комнатной температуре в коаксиальную ячейку под давлением 200 МПа, проводят термообработку на воздухе при 900 С в течение 9 ч, затем пов0 торно допрессовывают при 200 МПа.

Описываемый способ изготовления датчика температуры позволяет повысить стабильность электрических характеристик датчика по сравнению с запредельными значениями и прототипом в 4-10 раз, увеличить однородность электросопротивления по объему наполнителя в 6-15 раз и повысить более чем на 2 порядка злектросопротивление датчика.

Повышение однородности электросопротивления но объему уменьшает разброс параметров датчика по величине

50496 б электросопротивления с 70-80Х до

1-6Х что на порядок уменьшает процент брака. Одновременно увеличение на 2-3 порядка величины электросоп5 ротивления датчика обеспечивает возможность эксплуатации датчика в противопожарных системах (20-110ФС)

Преимуществом способа изготовления датчика является использование

1в менее дорогостоящих исходных компонентов нанолнителя, так как иридий, используемый в известном датчике, относится к элементам платиновой группы. Кроме того, хлорид иридия

15 обладает высокой гигроскопичностью и требует особык условий при изготовлении датчика в отличие от сплавов магний-иттрий или магний-неодим.

Составитель В.Копаев

Техред А.Бабинец Корректор В.Бутяга