本發(fā)明涉及溫度傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種保護(hù)氣氛封裝陶瓷鎧裝高溫?zé)犭娕技捌渲圃旆椒ā?/p>

背景技術(shù)：

用于耐熱鋼及高速鋼等耐熱工具鋼的熱處理(處理溫度一般在1100℃-1350℃之間)時(shí)，目前僅能采用鉑銠熱電偶(B偶、S偶或R偶)作為熱處理用測溫偶，根據(jù)美軍標(biāo)AMS 2750 E的要求，高溫?zé)崽幚頃r(shí)共需三支熱電偶作為常態(tài)化用偶，眾所周知，鉑銠熱電偶價(jià)格昂貴(鎧裝鉑銠偶批發(fā)價(jià)單支最低1500元，還僅僅是含銠10％的S偶)，因此更進(jìn)一步增加了經(jīng)濟(jì)成本。更應(yīng)指出的是，事實(shí)上國產(chǎn)的鉑銠熱電偶常規(guī)使用溫度一般僅能達(dá)到1200℃，長時(shí)超溫使用其使用壽命和使用性能將大大降低；而一般用作N偶的鎳鉻硅-鎳硅，雖然廉價(jià)、耐用、可靠性高，理論使用溫度，但其在高溫下易氧化失效的特性使之無法在常規(guī)高溫?zé)崽幚碇惺褂?，一般僅用于1100℃以下測溫。

在國內(nèi)已申請的相關(guān)專利中，還沒有將鎳鉻硅-鎳硅偶絲用于高溫測量的專利資料，相近專利文件中，專利《一種高溫?zé)犭娕肌?申請?zhí)枺?01610136518.7，公開日：2016-07-20)，公開了一種同為陶瓷保護(hù)套管的高溫?zé)犭娕嫉慕Y(jié)構(gòu)，但其中有兩點(diǎn)問題：①仍采用鉑銠熱電偶，經(jīng)濟(jì)性不好；②其保護(hù)外管采用碳化硅陶瓷，雖然碳化硅陶瓷導(dǎo)熱性相較于其它陶瓷而言很好，僅其脆性高、成型難孔隙率大的特性使其在作為保護(hù)套管時(shí)易損壞，可靠性差，同時(shí)易有微小顆粒侵入、損壞其內(nèi)部的鉑銠貴重金屬結(jié)構(gòu)，使用壽命短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種可替代昂貴鉑銠熱電偶的經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高、使用壽命長的保護(hù)氣氛封裝陶瓷鎧裝高溫?zé)犭娕技捌渲圃旆椒ā?/p>

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種保護(hù)氣氛封裝陶瓷鎧裝高溫?zé)犭娕?，由接線盒、固定在接線盒邊沿的罩殼、固定在接線盒上的接線柱、保護(hù)套管、設(shè)置在保護(hù)套管和接線盒之間的密封帶、固定在保護(hù)套管內(nèi)表面的絕緣層、引線、分別與引線及接線柱連接的熱電偶偶絲、穿插在熱電偶偶絲上的絕緣子組成，其中：所述保護(hù)套管采用氧化鋁基高溫陶瓷制成，保護(hù)套管為中空結(jié)構(gòu)，所述中空結(jié)構(gòu)為平底圓柱體形，保護(hù)套管的陶瓷體內(nèi)集成有純鈦絲網(wǎng)籃，純鈦絲網(wǎng)籃的中央集束線從平底圓柱體形中空結(jié)構(gòu)的底面中心伸出陶瓷體，該中央集束線即為引線；所述密封帶采用高溫膠HN-767A制造，該高溫膠將接線盒與保護(hù)套管之間的間隙完全填充；保護(hù)套管、高溫膠與接線盒構(gòu)成的密閉空間為保護(hù)氣氛環(huán)境，封裝有壓強(qiáng)為1.5×10⁴Pa-2×10⁴Pa(約1/7～1/5的大氣壓)的氬氣；熱電偶偶絲為常規(guī)N偶采用的鎳鉻硅-鎳硅熱電偶偶絲。

上述保護(hù)氣氛封裝陶瓷鎧裝高溫?zé)犭娕嫉闹圃旆椒ǎㄒ韵虏襟E：

1)原材料、設(shè)備及工裝的準(zhǔn)備

①原材料：準(zhǔn)備足量含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％-10％PVA粘合劑的氧化鋁基陶瓷粉末、足量純鈦絲、按常規(guī)技術(shù)穿插并固定有絕緣子并將正負(fù)極偶絲通過中間連接點(diǎn)連接的鎳鉻硅-鎳硅熱電偶偶絲、安裝了罩殼及接線柱的接線盒、高溫膠HN-767A；

②設(shè)備及工裝：準(zhǔn)備真空陶瓷燒結(jié)爐；陶瓷燒結(jié)模具；保護(hù)氣份封裝設(shè)備；烘箱；

2)包括保護(hù)套管、純鈦絲網(wǎng)籃、和引線的測溫端結(jié)構(gòu)成型

①將準(zhǔn)備好的氧化鋁基陶瓷粉末裝入陶瓷燒結(jié)模具中，直至將陶瓷燒結(jié)模具底部填充滿；

②將純鈦絲編織成網(wǎng)籃，并將網(wǎng)籃底部埋入盛裝有氧化鋁基陶瓷粉末的陶瓷燒結(jié)模具底部中，埋入深度為網(wǎng)籃外沿距陶瓷燒結(jié)模具表面0.4mm-0.7mm，再采用將氧化鋁基陶瓷粉末將陶瓷燒結(jié)模具填充滿并壓平、壓實(shí)，保留純鈦絲網(wǎng)籃的中央集束線從粉末體中心伸出；

③在真空陶瓷燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1550℃-1600℃，升溫速率室溫-1000℃階段升溫速率為10℃/min-30℃/min，1000℃-1300℃階段升溫速率為8℃/min-15℃/min，1300℃至到溫階段升溫速率為3℃/min-5℃/min，到溫后保溫時(shí)間4-6h，保溫結(jié)束后以不高于25℃/min的速率冷至不高于200℃后出爐，脫模后即獲得所需成型的測溫端結(jié)構(gòu)；

3)封裝

①在保護(hù)氣份封裝設(shè)備內(nèi)進(jìn)行封裝，通入氬氣直至壓強(qiáng)為1.5×10⁴Pa-2×10⁴Pa，首先在保護(hù)套管內(nèi)刷涂絕緣層；然后依次將引線與穿插并固定有絕緣子的正負(fù)極熱電偶偶絲連接點(diǎn)連接、將正負(fù)極熱電偶偶絲分別與固定在接線盒上的兩根接線柱連接；再將保護(hù)套管與接線盒采用高溫膠HN-767A固定在一起并密封，即獲得封裝后的熱電偶；

4)穩(wěn)定化處理

①將步驟3)獲得的封裝后的熱電偶放置入烘箱內(nèi)，加熱至200℃-250℃，保溫30min-50min，即最終所需獲得保護(hù)氣氛封裝陶瓷鎧裝高溫?zé)犭娕肌?/p>

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用鎳鉻硅-鎳硅熱電偶偶絲，大大降低了制造成本；采用氧化鋁基陶瓷制造保護(hù)套管，致密性好、抗沖擊、耐高溫，在其內(nèi)集成有純鈦絲網(wǎng)籃，純鈦絲作為高導(dǎo)熱性、高耐熱性(熔點(diǎn)1668℃)的金屬材料，可以從根本上克服氧化鋁基陶瓷導(dǎo)熱性較差的缺陷，使本發(fā)明的溫度敏感性大大提高，采用高導(dǎo)熱的純鈦絲直接作為導(dǎo)熱體及引線，感應(yīng)純鈦絲溫度并將溫度傳導(dǎo)至引線，極大提升了熱電偶整體對溫度的敏感性，使之反應(yīng)更迅速、準(zhǔn)確，使用性能更好；很好地利用了鈦、鎳鉻硅-鎳硅的熔點(diǎn)及采用合適粘合劑進(jìn)行的氧化鋁基陶瓷燒結(jié)工藝溫度，使本發(fā)明得以巧妙地實(shí)現(xiàn)采用低成本材料制成高精度、可長時(shí)監(jiān)測高溫的熱電偶；使用鎳鉻硅-鎳硅熱電偶偶絲、易氧化的純鈦絲網(wǎng)籃完全在氬氣保護(hù)環(huán)境下工作，不會(huì)氧化，也不會(huì)發(fā)生合金元素貧化，其失效溫度(即最高使用溫度)可提升至1400℃，且不會(huì)有其它因素導(dǎo)致其失效，可靠性高，克服了鎳鉻硅-鎳硅熱電偶偶絲不能用于1300℃以上高溫長時(shí)測量的技術(shù)偏見；而且比起真空環(huán)境來說，因?yàn)樯倭慷栊詺怏w的存在可以抵抗部分大氣壓，尤其是高溫下氣體膨脹后，這樣保護(hù)套管受到的內(nèi)外壓差較小，更有利于其壽命；采用高溫膠HN-767A進(jìn)行密封，一方面該高溫膠成型后體積變化極小、氣密性佳、結(jié)合力強(qiáng)，另一方面該高溫膠使用溫度可達(dá)1700℃，不會(huì)因高溫下使用而老化或氧化失效；由于本發(fā)明采用的耐熱、耐用、抗震結(jié)構(gòu)與材料，使本發(fā)明的使用壽命大大提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是純鈦絲網(wǎng)籃的俯視圖；

圖中：罩殼1、接線柱2、接線盒3、密封帶4、絕緣層5、絕緣子6、熱電偶偶絲7、引線8、純鈦絲網(wǎng)籃9、保護(hù)套管10。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種保護(hù)氣氛封裝陶瓷鎧裝高溫?zé)犭娕?，由接線盒3、固定在接線盒3邊沿的罩殼1、固定在接線盒3上的接線柱2、保護(hù)套管10、設(shè)置在保護(hù)套管10和接線盒3之間的密封帶4、固定在保護(hù)套管10內(nèi)表面的絕緣層5、引線8、分別與引線8及接線柱2連接的熱電偶偶絲7、穿插在熱電偶偶絲7上的絕緣子6組成，其中：所述保護(hù)套管10采用氧化鋁基高溫陶瓷制成，保護(hù)套管10為中空結(jié)構(gòu)，所述中空結(jié)構(gòu)為平底圓柱體形，保護(hù)套管10的陶瓷體內(nèi)集成有純鈦絲網(wǎng)籃9，純鈦絲網(wǎng)籃9的中央集束線從平底圓柱體形中空結(jié)構(gòu)的底面中心伸出陶瓷體，該中央集束線即為引線8；所述密封帶4采用高溫膠HN-767A制造，該高溫膠將接線盒3與保護(hù)套管10之間的間隙完全填充；保護(hù)套管10、高溫膠與接線盒3構(gòu)成的密閉空間為保護(hù)氣氛環(huán)境，封裝有壓強(qiáng)為1.5×10⁴Pa-2×10⁴Pa的氬氣；熱電偶偶絲7為常規(guī)N偶采用的鎳鉻硅-鎳硅熱電偶偶絲7。

上述保護(hù)氣氛封裝陶瓷鎧裝高溫?zé)犭娕嫉闹圃旆椒ǎㄒ韵虏襟E：

1)原材料、設(shè)備及工裝的準(zhǔn)備

①原材料：準(zhǔn)備足量含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％PVA粘合劑的氧化鋁基陶瓷粉末、足量純鈦絲、按常規(guī)技術(shù)穿插并固定有絕緣子6并將正負(fù)極偶絲通過中間連接點(diǎn)連接的鎳鉻硅-鎳硅熱電偶偶絲7、安裝了罩殼1及接線柱2的接線盒3、高溫膠HN-767A；

②設(shè)備及工裝：準(zhǔn)備真空陶瓷燒結(jié)爐；陶瓷燒結(jié)模具；保護(hù)氣份封裝設(shè)備；烘箱；

2)包括保護(hù)套管10、純鈦絲網(wǎng)籃9、和引線8的測溫端結(jié)構(gòu)成型

①將準(zhǔn)備好的氧化鋁基陶瓷粉末裝入陶瓷燒結(jié)模具中，直至將陶瓷燒結(jié)模具底部填充滿；

②將純鈦絲編織成網(wǎng)籃，并將網(wǎng)籃底部埋入盛裝有氧化鋁基陶瓷粉末的陶瓷燒結(jié)模具底部中，埋入深度為網(wǎng)籃外沿距陶瓷燒結(jié)模具表面0.7mm，再采用將氧化鋁基陶瓷粉末將陶瓷燒結(jié)模具填充滿并壓平、壓實(shí)，保留純鈦絲網(wǎng)籃9的中央集束線從粉末體中心伸出；

③在真空陶瓷燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1550℃，升溫速率室溫-1000℃階段升溫速率為10℃/min，1000℃-1300℃階段升溫速率為8℃/min，1300℃至到溫階段升溫速率為3℃/min，到溫后保溫時(shí)間4h，保溫結(jié)束后以25℃/min的速率冷至200℃后出爐，脫模后即獲得所需成型的測溫端結(jié)構(gòu)；

3)封裝

①在保護(hù)氣份封裝設(shè)備內(nèi)進(jìn)行封裝，通入氬氣直至壓強(qiáng)為1.5×10⁴Pa，首先在保護(hù)套管10內(nèi)刷涂絕緣層5；然后依次將引線8與穿插并固定有絕緣子6的正負(fù)極熱電偶偶絲7連接點(diǎn)連接、將正負(fù)極熱電偶偶絲7分別與固定在接線盒3上的兩根接線柱2連接；再將保護(hù)套管10與接線盒3采用高溫膠HN-767A固定在一起并密封，即獲得封裝后的熱電偶；

4)穩(wěn)定化處理

①將步驟3)獲得的封裝后的熱電偶放置入烘箱內(nèi)，加熱至200℃，保溫30min，即最終所需獲得保護(hù)氣氛封裝陶瓷鎧裝高溫?zé)犭娕肌?/p>

按本實(shí)施例生產(chǎn)的熱電偶最大長時(shí)使用溫度達(dá)1380℃，強(qiáng)度高、脆性低、抗震性強(qiáng)、可靠性高、使用壽命長；具有極高的溫度敏感性和很好的耐高溫性能。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例結(jié)構(gòu)與大部分方法步驟均與實(shí)施例1相同，區(qū)別處如下：

1)原材料、設(shè)備及工裝的準(zhǔn)備

①原材料：準(zhǔn)備足量含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％PVA粘合劑的氧化鋁基陶瓷粉末、足量純鈦絲、按常規(guī)技術(shù)穿插并固定有絕緣子6并將正負(fù)極偶絲通過中間連接點(diǎn)連接的鎳鉻硅-鎳硅熱電偶偶絲7、安裝了罩殼1及接線柱2的接線盒3、高溫膠HN-767A；

②設(shè)備及工裝：準(zhǔn)備真空陶瓷燒結(jié)爐；陶瓷燒結(jié)模具；保護(hù)氣份封裝設(shè)備；烘箱；

2)包括保護(hù)套管10、純鈦絲網(wǎng)籃9、和引線8的測溫端結(jié)構(gòu)成型

①將準(zhǔn)備好的氧化鋁基陶瓷粉末裝入陶瓷燒結(jié)模具中，直至將陶瓷燒結(jié)模具底部填充滿；

②將純鈦絲編織成網(wǎng)籃，并將網(wǎng)籃底部埋入盛裝有氧化鋁基陶瓷粉末的陶瓷燒結(jié)模具底部中，埋入深度為網(wǎng)籃外沿距陶瓷燒結(jié)模具表面0.4mm，再采用將氧化鋁基陶瓷粉末將陶瓷燒結(jié)模具填充滿并壓平、壓實(shí)，保留純鈦絲網(wǎng)籃9的中央集束線從粉末體中心伸出；

③在真空陶瓷燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1600℃，升溫速率室溫-1000℃階段升溫速率為30℃/min，1000℃-1300℃階段升溫速率為15℃/min，1300℃至到溫階段升溫速率為5℃/min，到溫后保溫時(shí)間6h，保溫結(jié)束后以20℃/min的速率冷至180℃后出爐，脫模后即獲得所需成型的測溫端結(jié)構(gòu)；

3)封裝

①在保護(hù)氣份封裝設(shè)備內(nèi)進(jìn)行封裝，通入氬氣直至壓強(qiáng)為2×10⁴Pa，首先在保護(hù)套管10內(nèi)刷涂絕緣層5；然后依次將引線8與穿插并固定有絕緣子6的正負(fù)極熱電偶偶絲7連接點(diǎn)連接、將正負(fù)極熱電偶偶絲7分別與固定在接線盒3上的兩根接線柱2連接；再將保護(hù)套管10與接線盒3采用高溫膠HN-767A固定在一起并密封，即獲得封裝后的熱電偶；

4)穩(wěn)定化處理

①將步驟3)獲得的封裝后的熱電偶放置入烘箱內(nèi)，加熱至250℃，保溫50min，即最終所需獲得保護(hù)氣氛封裝陶瓷鎧裝高溫?zé)犭娕肌?/p>

按本實(shí)施例2生產(chǎn)的熱電偶相較于實(shí)施例1而言，其最大使用溫度高30℃左右，溫度敏感性也更高，但使用壽命及可靠性相對較差。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，僅為了使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。