Защитный чехол термометра и способ его изготовления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветсиикСоциалистическиаРеслублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(Щ М. Кп. С 01 К 1/08 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(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 длительного времени.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 1500 оИзвестен трехслойный наконечник для непрерывного измерения температуры жидкой стали, содержащий наруж- . ный чехол иэ борида циркония (2 г 8 э ), в который вставлен чехол из алунда, а зазор между чехлами заполнен порошком из окиси алюминия (АОЪ ) ).21. Такие чехлы позволяют вести непрерывное измерение температуры стали, однако 2 гВь имеет низкую прочность и не обладает газоплотностью, поэтому появление микротрещин во внутреннем слое приводит к снижению эффективности защиты. Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсязащитный чехол, выполненный в виде.цилиндрической трубки с днищем, изготовленной иэ материала на основетугоплавкого металла и окисла. Внешняя трубка указанного чехла изготов-лена из металлокерамического материала (кермета ), содержащего молибден (Ио ) и 2 гО, а внутренняя трубка - из А 0 ( 3)Недостатками такого защитногочехла являются малая надежность итермостойкость, ограниченный срокслужбы (не более 10-15 погружений ).Известен способ изготовлениямателлокерамического чехла, заключающийся в нанесении защитного слояиз керамического волокна на трубку,из никеля, при этом защитный слойпропитывается алюмофосфатной связкой 14.Однако изготовленные данные способом наконечники пригодны дишь длякратковременных измерений температуры до 1400-1600 о.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ изготовления слоистого изделия, включающий образование много 1000782слойной 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 - повышение надежности чехла. 15Укаэайная цель достигается тем, что цилиндрическая часть устройства состоит иэ расположенных концентрически или по спирали слоев окисла, чередующихся со слоями тугоплавкого 2 О металла, каждый слой которого имеет толщину, равную 0,2-2,0 толщинам слоя окисла, а днище чехла образовано слоями, являющимися продолжением цилиндрической части. 25Указанная цель достигается также тем, что согласно способу изготовления чехла сначала набирают пакеты иэ чередующихся металлических и окисных пленок, изготовленных из высоко- дисперсных 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 4 О 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 12 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 65 содержать от 5 до 200 слоев тугоплавкого окисла, например 2 гО, толщинойкаждого слоя от 20 до 200 мкм, чередующихся со слоями тугоплавкого метапла, например молибдена (Ио ) иливольфрама (Я ). Для обеспечения надежности, окисной стойкости и возможности многократного использованиячехла толщина его стенки, исходя иэизвестных диффузионных характеристикокислов, должна быть порядка 1-2 мм.Поэтому минимальное количество окисных и металлических слоев должно.быть не менее 5-8 при использованиипленок толщиной более 100-150 мкм.Максимальная тблщина стенки чехларегламентируется в меньшей степениОна выбирается исходя из требуемыхгабаритных и весовых характеристики желательного срока службы, и ограничена, главным образом, условиямиудаления связующего иэ пластйфицированных пленок при термообработкечехла, Например, удаление каучуковыхи высокомолекулярных органическихсвязок становится затруднительнымпри толщине чехла более более 6-10 мм.Поэтому максимальное количествоокисных 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 обусловленследующими соображениями.При толщине металлического слоя(д).менее 0,2 от толщины окисногослоя (К), т.е. при соотношении Д )7 5 дм термостойкость не будет значительно отличаться от термостойкости окисла, что ограничит работоспособность, срок службы, число теплосмен брехла.При соотношениидр 2 дд, защитные,корозионно-эрозионные свойства чехла будут недостаточны для существенного увеличения срока службы чехлапо сравнению с известными чехлами.Толщина каждого слоя должна бытьв пределах от 20 до 200 мкм. Притолщине пленки менее 20 мкм не обеспечивается, как показала практика,их бездефектность в нластифицированном и, особенно, в спеченномсостоянии. При толщине пленки более200 мкм заметно снижаются их прочностные характеристики, Например,изгибная прочность спеченной Фольгииз ЕгО толщиной 50 мкм при 20 Ссоставила 320-370 фПа, а толщиной220 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 итого же пленкообраэующего связующего, набирают пакеты, уплотняют их прокаткой или прессованием, формуют иэ пакетов заготовку чехла и термообрабатывают ее до спекания и удаления связующего.5П р н м е р. Для изготовления чехла были отлиты пленки толщиной 120 мкм из суспензий порошка ЕгО.и Мо с каучуковым связующим(5 Ъ-ный раствор каучука СКНв смеси бен зина н ацетона ). Из пленок были собраны пакеты толщиной в 1 мм, содержащие по 10 слоев чередующихся пленок на основе ЕгО и Мо. Каждый пакет бьл 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 ЕгО с начальной толщиной 120 мкм для окисной облицовки чех 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 фС с выдержкой 2 ч. цля предотвращения корабления чехол при обжиге помещали в молибденовую трубку.Защитный чехол термометра и способ его изготовления имеют по сравнеО нию с известным чехлом и способом следующие преимущества.Повышение рабочей температуры чехла в среде расплавленных металлов до 2200-2500 ОС благодаря возможности 45 использования композиционного материала (слоистой структуры ). на основе тугоплавких металлов и Окислов с высокой жаростойкостью, эрозионной и корозионной стойкостью. 50Повышение 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 й -с я тем, что, с целью повыаениянадежности чехла, его цилиндрическая часть состоит из расположенных концентрически или по спирали слоев окисла, чередующихся со слоямитугоплавкого металла, каждый слойкоторого имеет толщину, равную0,2-2,0 толщинам слоя окисла, аднище. чехла образовано слоями, являющимися продолжением цилиндрической части.2. Способ изготовления защитного чехла термометра, включающий .образование многослойной структуры из окисных и металлических слоев, уплотнение ее и термообработку, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что сначала набирают пакеты из 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, одномуиз концов которой придают полусферическую форму и термообрабатываютчехол до спекания и удаления связующего.3. Способ изготовления защитногочехла термометра по п.1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что в качестве связующего пленок используют. бензинбацетоновый раствор каучука.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 693134, кл, С 01 К 1/12, 1977.2. Авторское свидетельство СССРМ 147817, кл, С 01 К 1/08, 1961.3. "ТЬе Мауагп оГ Мейа Ргодцсод" 1969. В 7 (прототип устройства),4. Авторское свидетельство СССРВ 488091, кл. С 01 К 1/08, 1974.5. Патент США Р 3975165,кл. 29-182,2, 1976 (прототип способа ).1000782 1361/40 Тираж 871ВНИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д а одписноР Филиал ППИ "Патент", г. ужгород, ул, Проектна Составитель Г. Мухина Редактор М. Янович Техред Т.Иаточка Корректор Н. Король Э