基于等离子喷涂陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极制造技术

本实用新型专利技术涉及一种贵金属热电偶铠装热电极，具体是一种基于等离子喷涂陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极。包括感温材料、金属套管、绝缘材料、陶瓷防护层和实心堵头；采用该热电极装配的贵金属热电偶具有精度高、抗氧化、耐腐蚀、绝缘性好、可靠性高、使用寿命长、测温温区宽等优点。且长期使用温度可达1600℃，短时达到1800℃，非常适合测量航空发动机高压涡轮出口燃气温度。本实用新型专利技术热电极的研制突破了现有机载领域的测温瓶颈，在国内率先有效解决了航空发动机高压涡轮后燃气温度测量的技术难题，满足了新一代航空发动机的配套需求。

Armored thermoelectric pole for precious metal thermocouple based on plasma spraying ceramic protective layer

【技术实现步骤摘要】
基于等离子喷涂陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极
本技术涉及一种贵金属热电偶铠装热电极，具体是一种基于等离子喷涂陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极。
技术介绍
当前航空燃气涡轮发动机上广泛使用的镍铬-镍硅热电偶使用温度一般为1000℃，短时可达到1200℃。该热电偶具有结构简单，价格低廉等优点，但使用温度难以满足新一代发动机对1500℃高温燃气的测量需求。而钨铼热电偶虽然测温高达2300℃，但高温下铼的挥发很严重，且钨铼合金极易氧化，故不能在空气及其他氧化性气氛中应用。因此，选用稳定性好、抗氧化、最高测温可达1800℃的贵金属热电偶是解决上述问题的有效途径。目前工业上使用的贵金属热电偶主要是装配式结构，即其热电极(感温元件)是裸露的φ0.5mm铂铑-铂丝。对于航空发动机高温、高压、高振动的应用环境，其可靠性和使用寿命将无法满足使用要求。主要是裸露的铂铑-铂丝容易在高速高温热气流的烧蚀下断裂和受污染。因此，航空发动机上使用的贵金属热电偶需要解决的关键问题是研制出测温高、抗氧化、高可靠、长寿命的新型热电极。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的技术问题，本技术提供一种耐高温，抗氧化，高可靠、长寿命的铠装热电极用于贵金属热电偶在恶劣环境下的温度测量。本技术采用的具体技术方案为：本技术提供的基于等离子喷涂陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极，包括感温材料、金属套管、绝缘材料、陶瓷防护层和实心堵头；感温材料被绝缘材料包裹并设置于金属套管内；金属套管的外表面设置有陶瓷防护层；所述金属套管为圆管结构；所述实心堵头设置于金属套管的末端；所述实心堵头用于将基于等离子喷涂陶瓷陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极焊接于热电偶的保护壳内。优选的，所述实心堵头为长度为5MM。优选的，所述感温材料包括S分度、R分度和B分度。优选的，所述感温材料为单组或两组。优选的，所述陶瓷防护层为等离子喷涂结构。本技术能够带来的有益效果：基于上述技术方案，本技术提出的基于等离子喷涂制造工艺设计了带陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极，采用该热电极装配的贵金属热电偶具有精度高、抗氧化、耐腐蚀、绝缘性好、可靠性高、使用寿命长、测温温区宽等优点。且长期使用温度可达1600℃，短时达到1800℃，非常适合测量航空发动机高压涡轮出口燃气温度。目前采用该热电极装配的贵金属热电偶已通过发动机的台架试车，并按国军标的要求完成环境试验，各项指标均能满足使用要求。本技术热电极的研制突破了现有机载领域的测温瓶颈，在国内率先有效解决了航空发动机高压涡轮后燃气温度测量的技术难题，满足了新一代航空发动机的配套需求。在非航空领域，利用该热电极装配的贵金属热电偶也可用于舰船燃气轮机、火箭发动机等测温环境恶劣，可靠性要求高的场合。附图说明图1为基于等离子喷涂陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极的整体结构示意图；图2为基于等离子喷涂陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极安装于热电偶的保护壳内的安装示意图。其中：1、陶瓷防护层，2、金属套管，3、感温材料，4、实心堵头，5、绝缘材料，6、热电偶的保护壳。具体实施方式现结合说明书附图对本技术作出详细说明。在本技术的一个实施例中，如图1所示，提供一种基于等离子喷涂陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极，包括感温材料3、金属套管2、绝缘材料5、陶瓷防护层1和实心堵头4；感温材料3被绝缘材料5包裹并设置于金属套管2内；金属套管2的外表面设置有陶瓷防护层1；金属套管2为圆管结构；实心堵头4设置于金属套管2的末端；实心堵头用于将基于等离子喷涂陶瓷陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极焊接于热电偶的保护壳6内。在一个实施例中，实心堵头为长度为5MM。在一个实施例中，感温材料3包括S分度、R分度和B分度。在一个实施例中，感温材料为单组或两组。在一个实施例中，陶瓷防护层为等离子喷涂结构。现结合具体使用情况和本技术各组成部分的材质进行进一步说明。如图1所示，本技术介绍的一种贵金属热电偶铠装热电极以铂铑合金为金属套管2，以成分为无机物的绝缘材料5为填充物，将感温材料3进行封装。同时为提高热电极的耐腐蚀性和绝缘性，在铂铑合金材质的套管2外采用等离子喷涂的方式涂覆了一层陶瓷防护层1。为满足热电极的焊接固定需要，热电极测温端有一段实心堵头4。感温材料3为贵金属，主要包括：S分度，感温材料为铂铑10-铂。长期使用温度1400℃，短期使用温度为1600℃。R分度，感温材料为铂铑13-铂。同S分度相比，其热电动势率大15％左右，其他性能与S分度几乎完全相同。B分度，感温材料为铂铑30-铂铑。长期使用温度1600℃，短期使用温度为1800℃。贵金属材质的感温材料3可以是单余度(单组感温材料)或者双余度(两组感温材料)设计。双余度设计能同时输出两组信号，提高了产品可靠性和测试安全性。热电极的金属套管2材料选用耐高温的铂铑合金，由于纯铂在高温下强度很低，往往因其自身重量和高温下的气流冲击，在振动环境下断裂。在铂中添加铑可大大提高其高温强度。但铑的含量也不宜过高，过高将导致铠装热电极的拉拔成型困难。因此，采用铂铑10或者铂铑20合金作为金属套管套管2的材料是比较合适的。热电极拉拔成型后，金属套管2的最终外径一般为3mm。通过金属套管2的保护，避免了高温热气流直接对感温材料的烧蚀和污染，有效提高了感温材料3的长期使用温度上限和工作寿命，并保证了热电性能稳定性。无机物为组成成分的绝缘材料5主要为高纯度的氧化镁粉或者氧化铝粉。其致密度是影响感温材料3响应时间的关键因素。通过滚压、拉拔压实绝缘材料5来缩短响应时间。陶瓷防护层1是采用等离子喷涂的方式将陶瓷材料(一般为高纯度的氧化铝或者氧化锆)喷射到铂铑合金管外表面，以形成高致密度的陶瓷防护层1。等离子喷涂可以熔化一切难熔金属和非金属粉末，具有喷涂效率高、涂层致密、与基体的粘结强度高、零件热变形影响极小等优点。喷涂后的涂层平整、光滑，其厚度可以精确控制。因此，非常适合用于高熔点的氧化铝或者氧化锆喷涂。在热电极金属套管2外喷涂陶瓷防护层1可有效提高铠装热电极的耐腐蚀性和绝缘性。由于热电偶的保护壳6(如图2所示)为满足耐高温要求通常需要以铌钨合金或者铌铪合金为基材，再喷涂抗氧化涂层制成。当热电偶的保护壳6自身的抗氧化涂层与铠装热电极存在接触面时，会导致抗氧化涂层(成分中含有大量的硅元素)与金属套管2在高温下发生化学反应，生成低熔点的硅铂化合物。该行为会导致金属套管2的管壁上产生细微孔隙，金属套管2外界的水气进入套管2内，使得无机绝缘物吸潮。最终热电极绝缘性能下降。在热电极的外表面喷涂陶瓷防护层后，有效隔离了金属套管2与保护管自身的抗氧化涂层，阻止了两者的反应。另外，根据热电极在热电偶装配过程中的需要，对于无需喷涂陶瓷防护层的地方，在喷涂前可以设计一些简易的保护罩进行保护，保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于等离子喷涂陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极，其特征在于：包括感温材料(3)、金属套管(2)、绝缘材料(5)、陶瓷防护层(1)和实心堵头(4)；感温材料(3)被绝缘材料(5)包裹并设置于金属套管(2)内；金属套管(2)的外表面设置有陶瓷防护层(1)；所述金属套管(2)为圆管结构；所述实心堵头(4)设置于金属套管(2)的末端；所述实心堵头用于将基于等离子喷涂陶瓷陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极焊接于热电偶的保护壳(6)内。/n

【技术特征摘要】
1.基于等离子喷涂陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极，其特征在于：包括感温材料(3)、金属套管(2)、绝缘材料(5)、陶瓷防护层(1)和实心堵头(4)；感温材料(3)被绝缘材料(5)包裹并设置于金属套管(2)内；金属套管(2)的外表面设置有陶瓷防护层(1)；所述金属套管(2)为圆管结构；所述实心堵头(4)设置于金属套管(2)的末端；所述实心堵头用于将基于等离子喷涂陶瓷陶瓷防护层的贵金属热电偶用铠装热电极焊接于热电偶的保护壳(6)内。


2.根据权利要求1所述的基于等离子喷涂陶瓷防护...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭春增，唐青松，王天资，徐小明，周康，
申请(专利权)人：苏州长风航空电子有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32