СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ-ДАТЧИКОВ Российский патент 2018 года по МПК H01B7/32 

Изобретение относится к технологии изготовления термочувствительных кабелей-датчиков с металлическими оболочками и электродами, применяемых для контроля температуры в аварийных системах авиации и для контроля и защиты различных силовых установок промышленных предприятий.

При производстве кабелей-датчиков с металлическими оболочками и жилами применяется способ, заключающийся в изготовлении заготовки путем размещения металлических жил внутри металлической оболочки, заполнении пространства между ними поликристаллическим полупроводниковым оксидным наполнителем и последующем многократном волочении заготовки с промежуточными отжигами [Сучков В.Ф. и др. Жаростойкие кабели с минеральной изоляцией / Энергоатомиздат, 1984, 120 с.]. Этап изготовления заготовки состоит из закрепления в вертикальном положении 1-2 метровой металлической трубы и фиксации в ней коаксиально расположенных жил-электродов. Затем в заготовку насыпается порциями поликристаллический наполнитель и после каждой засыпки вручную осуществляется прессование штоком с отверстиями для жил-электродов. Шток скользит вертикально по жилам-электродам и стенке трубы, прессуя наполнитель. На этом этапе прессования обеспечивается механическая фиксация и коаксиальность жил-электродов по отношению к внешней оболочке. Дальнейшее (основное) прессование наполнителя осуществляется при протяжке (волочении) заготовки через отверстия фильер с последовательно уменьшающимися значениями диаметров отверстий. При волочении на первой стадии обжимается оболочка и происходит уплотнение наполнителя, на второй стадии происходит процесс волочения конструкции заготовки в целом - происходит пропорциональное уменьшение диаметров внешней оболочки и жил-электродов с одновременным их удлинением. Так при исходном внешнем диаметре заготовки 10 мм и длине 1-2 м получают конечные размеры внешнего диаметра 1,5-2 мм и длины 10-15 м. Такой способ обеспечивает прессование наполнителя только за счет механического обжатия заготовки в фильерах.

Однако наполнители термочувствительных кабелей-датчиков, изготовленных таким способом, обладают значительной пористостью, что обуславливает разброс электросопротивлений как по длине датчика, так и общего сопротивления (до 25%). Разброс еще больше увеличивается в случае применения композиционных наполнителей, представляющих механические смеси различных полупроводниковых фаз [Авторское св-во №1268543, опубл. 07.11.1986; Авторское св-во №1608165, опубл. 23.11.1990].

Ближайшим аналогом (прототипом) настоящего изобретения, по мнению заявителя, является способ изготовления жаростойкого кабеля-датчика, известный из документа [Авторское св-во №1072109, опубл. 07.02.1984], в котором исходным наполнителем кабеля-датчика являются гидроксиды тугоплавких металлов, насыщенные водным раствором азотнокислого церия. Согласно такому способу наполнитель помещают в заготовку и перед первым циклом волочения производят термообработку заготовки для дегидратации воды и образования безводной оксидной фазы, которая при дальнейших термообработках не меняет своего состава. Далее осуществляется многократное волочение заготовки с периодическими отжигами в интервале температур 600-1100°C. В ближайшем аналоге улучшение качества кабеля-датчика происходит за счет повышения однородности состава наполнителя, что достигается заменой операции вертикальной механической опрессовки автоматической опрессовкой жилы-электрода на прессах-автоматах гидроокисью с последующим дегидрированием при термообработке перед прохождением фильер. Таким образом, в процессе изготовления кабеля-датчика происходит изменение состава с уменьшением массы наполнителя до операции волочения заготовки. При этом появления дополнительных фаз полупроводниковых оксидов не происходит. Прессование осуществляется только в процессе волочения в две стадии.

Технический результат настоящего изобретения заключается в увеличении поверхности контактов между поликристаллами наполнителя, повышении плотности вследствие уменьшения пористости за счет появления дополнительных поликристаллов, что соответственно увеличивает однородность электрофизических характеристик наполнителей кабелей-датчиков и уменьшает долю брака, возникающего при значительных отклонениях электрофизических характеристик от заданных.

Технический результат достигается способом изготовления термочувствительных кабелей-датчиков с полупроводниковыми оксидными наполнителями, который включает заполнение коаксиальной металлической заготовки поликристаллическими наполнителями, холодное механическое прессование, многократное волочение заготовки через ряд фильер с периодическими термообработками, при этом в качестве наполнителя используются оксидные фазы твердых растворов или сложных оксидов, способных распадаться при технологических термообработках с увеличением числа поликристаллов.

За счет осуществления предлагаемого способа одновременно увеличивается площадь контактов между поликристаллами и уменьшается пористость наполнителя, тем самым увеличивается воспроизводимость электрофизических характеристик кабелей-датчиков.

Таким образом, отличие и преимущество предлагаемого способа от известных заключается в дополнительном прессовании наполнителя и уменьшении его пористости с увеличением площади контактов поликристаллов за счет распада соединений или твердых растворов при термообработках в процессе волочения. Это позволяет сократить первую и вторую стадии волочения при двухкратном увеличении фаз в результате процесса распада и уплотнения наполнителя не только от сжатия внешней оболочки, но и внутреннего прессования наполнителя при появлении новых фаз.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения наполнитель представляет собой твердый раствор ZnO-NiO, или твердый раствор SnO₂-TiO₂, или двойной оксид LaNiO₃, или двойной оксид CuAl₂O₄.

Температурный интервал отжигов-термообработок 700-1200°C определяется как условиями распада исходных оксидных фаз, так и маркой жаропрочной стали оболочек и жил-электродов. Так, если это сталь 1Х18Н10Т, то температурный интервал термообработок составляет 800-1100°C, и под этот интервал выбирается соответствующий состав твердого раствора или двойной оксид, распадающиеся на несколько фаз в этих условиях.

Повышение плотности наполнителя упрочняет его коаксиальность (закрепление жил-электродов внутри оболочек) и предотвращает возможность короткого замыкания между жилами-электродами и оболочками при изгибах.

Предлагаемый способ обеспечивает совмещение операций формирования конечного состава наполнителя и стадий волочение-отжиг при изготовлении кабеля-датчика.

В предлагаемом способе (в отличие от прототипа) изменение состава и уплотнение наполнителя происходит не при предварительной дегидратации, а в результате твердофазных реакций распада твердых растворов или сложных оксидов, протекающих при технологических термообработках - отжигах заготовок, что обеспечивает увеличения поверхности контактов поликристаллов и дополнительное прессование (уплотнение наполнителя) в процессе волочения.

Согласно известным в уровне техники техническим решениям термообработки при 700-1000°C на воздухе или в инертной атмосфере (аргоне) проводились исключительно с целью придания пластичности (снятия напряжения) с металлических компонентов заготовок для предотвращения их обрывов при протяжке через уменьшающиеся в диаметре фильеры.

Увеличение числа поликристаллов и площадей их контактов при применении в качестве исходного наполнителя твердых растворов ZnO-NiO происходит по реакции:

При этом кубическая фаза исходного твердого раствора при термообработках 700-900°C на воздухе распадается на две фазы твердых растворов с вюрцитной и кубической структурами.

Процесс распада твердых растворов SnO₂-TiO₂ также протекает с образованием новых фаз твердых растворов с измененным соотношением оксид олова/оксид титана:

Распад двойных оксидов LaNiO₃ и CuAl₂O₄ при термообработках на воздухе при 900-1100°C протекает по реакциям:

4CuAl₂O₄=2Cu₂Al₂O₄+2Al₂O₃

Полученные в результате распада фазы Ni_1-yZn_yO, Ni_1-zZn_zO, Sn_xTi_1-yO₂, Sn_yTi_1-yO₂, La₂NiO₄, Cu₂Al₂O₄, также как и исходные, являются оксидными полупроводниками.

Пористость поликристаллического наполнителя после термообработок с проведением процессов распада оксидных фаз уменьшается на 25-40%.

Предложенный способ по сравнению с ближайшим аналогом позволяет увеличить однородность электросопротивления. Повышение однородности электросопротивления по длине кабеля-датчика уменьшает разброс параметров по величинам удельного объемного электросопротивления и коэффициенту температурной чувствительности до 10%.

Изобретение относится к способу изготовления термочувствительных кабелей-датчиков с полупроводниковыми оксидными наполнителями, применяемых для контроля температуры в аварийных системах авиации и для контроля и защиты различных силовых установок промышленных предприятий. Способ включает заполнение коаксиальной металлической заготовки поликристаллическими наполнителями, холодное механическое прессование, многократное волочение заготовки через ряд фильер с периодическими термообработками, при этом в качестве наполнителя используются оксидные фазы твердых растворов или сложных оксидов, способных распадаться при технологических термообработках с увеличением числа поликристаллов. Изобретение обеспечивает увеличение однородности электрофизических характеристик наполнителей кабелей-датчиков и уменьшает долю брака, возникающего при значительных отклонениях электрофизических характеристик от заданных. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления термочувствительных кабелей-датчиков с полупроводниковыми оксидными наполнителями, включающий заполнение коаксиальной металлической заготовки поликристаллическими наполнителями, холодное механическое прессование, многократное волочение заготовки через ряд фильер с периодическими термообработками, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используются оксидные фазы твердых растворов или сложных оксидов, способных распадаться при технологических термообработках с увеличением числа поликристаллов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наполнитель представляет собой твердый раствор ZnO-NiO.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наполнитель представляет собой твердый раствор SnO₂-TiO₂.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наполнитель представляет собой двойной оксид LaNiO₃.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наполнитель представляет собой двойной оксид CuAl₂O₄.