Способ изготовления датчика температуры Советский патент 1985 года по МПК G01K7/22 

СП

о 4;

со

сь

Изобретение относится к термомет™ рии и может быть использовано при изготовлении датчиков температуры, эксплуатируемых ггреимуществерно при 650-700 С в течение около 1500 ч е или кратковременно при температурах до ,

Известен способ изготовления датчика температуры путем смешения оксидов или солей переходных металлов jg никеля, кобальта, марганца и т.п., прессования и герметизации ij .

Известный способ не позволяет изготавливать датчики, эксплуатируемые при температурах свыше 300 С, jj

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к пpeдлaгaeмo fy является способ изготовления датчика температуры путем размещения поликристаллического тер- 2Q мочувствительного наполнителя между коаксиально расположенными цилиндрической оболочкой и электродом и последующего прессования. В известном способе в качестве напото1ителя ис- js пользуется трехвалентный безводньй хлорид иридия, измельченнь й до фракций 0,01-0,03 мм, а прессование проводят под давлением 100-300 МПа .

Недостатком известного способа 0 изготовления датчика температуры является низкий выход годных датчиков в связи с тем, что не удается обеспечить однородности электросопротивления по объему термочувстви- 35 тельного наполнителя, что приводит к значительному отклонению параметров датчика от номинальной величины.

Целью изобретения является увеличение выхода годных датчиков темпе- 40 ратуры.

Для достижения поставленной цели согласно способу изготовления датчика температуры путем размещения 45 поликристаллического термочувствительного наполнителя между коаксиально расположенными цилиндрической оболочкрй и электродом и последующего прессования, в качестве наполни-50 теля используют сплав магний-иттрий или магний-неодим, измельченный до фракций 0,5-1,0 мм, после прессования проводят термообработку на воздзгхе при 900-1100 С в течение 55 7-9 ч и затем- наполнитель дОпрессовьюают, при этом предпочтительно использовать наполнитель следующего

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

Позволяет получить стабильную по составу оксидную композицио, сформированную непосредственно в конструкции датчи1 :а,при одновременном увеличении максимально допустимой температуры эксплуатации. Применение сплавов в качестве исхрдных 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 полупроводниковыми материалами. Введение иттрия или неодима в катионн5то подрешетку оксида магния, а также получение композиций на их основе обеспечивает получение высокоомного термочувствительного материала с повьвиенной однородностью и стабильностью электросопротивления. Кроме того, процесс окисления порошков сплавов, в отличие от неконтролируемого окисления части наполнителя хлорида 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 эксплуатаци датчика не изменяются. Это обеспечивает стабильность электрических характеристик датчиков и повьпиает однородность электросопротивления по объему наполнителя. В образующиеся после термообработки композиции входят твердые растворы на основе оксида магния, оксид магния и оксид иттрия или неодима, которые обеспечi вают повышение -удельного электросоп1ротивления датчика до 1,25-10 3,5.-10 Ом-м при 250С, 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 по объему, а также высокая скорости окисления зерен (пористость составляет 0,4-0,6). В случае применения порошков спл вов фракций меньше 0.,5 мм при окислении в результате значительного увеличения объема наполнителя час.ть его выходит за пределы внутреннего объема оболочки. Кроме того, резко ухудшается механическая прочность запрессовки, что приводит к вьшадению 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 Проведение термической обработки на воздухе после прессования при 900-1100 С обеспечивает полное окисление сплавов и получение оксвдньЬс композиций, фазовый состав которых является равновесным условием эксплуатации при максимальной температуре 1100°С. При термообработках ниже 900°С для полного окисления сплавов необходга а вьщержка на воздухе, значительно превьш1аю1цая 9 ч, что вызывает интенсивное окисление металли ческих поверхностей электрода и оболочки, которые выполняются из жаростойких нержавеющих сталей. При термообработках при темпера турах, превышающих 1100 С, и вьщерокках более 9 ч в результате интенсивного окисления металлических кс«стру ций датчика также ухудшается прочность запрессовки, нарушается фазова однородность приконтактных областей, что снижает выход годных датчиков. Кроме того, при термообработках достигается равновесие фаз при температурах, больших эксплуатационных. В процессе практического использования датчиков при последующих нагревах ниже 1100°С в результате диффузионных процессов происходит изменение соотношений фаз в сторону равновесных, что обуславливает нестабильность электрических характерис- ик датчиков при эксплуатации. При выдержке 7 ч при 1100°С обеспечивает полное окисление частиц сплава. При меньших временных интервалах термообработки сохраняется металлическая фаза сплава, что приводит к снижению электросопротивления, и ухудшается фазовая однородность наполнителя. При вьздержках более 9 ч при 9001100°С наблюдается рост .оксидных слоев на поверхности электрода и оболочки в такой степени, что вызывает снижение прочности запрессовки, выпадение электрода, а также приводит к снижению выхода годных датчиков, Допрессовка в интервале 100 300 МПа после термообработки обеспечивает стабильную степень пористости в интервале 0,4-0,5, что повьшает прочность запрессовок, т.е. коак;сиальную фиксацию электрода и воспроизводимость электрических свойств датчиков. Предлагаемый интервал концентраций в сплаве магния и иттрия (или неодима) обеспечивает максимальное электросопротивление при высокой ОДНОРОДНОСТИ композиции. Гомогенность распределения иттрия Ш1И неодима в магнии обеспечивается при сплавлении компонентов. А при соотношениях магния меньше 74 или больше 76 мас.% образующиеся при термообработках оксидные поликристаллические частицы не имеют трехмерного контакта друг с другом, образуют островковую структуру, что ухудшает однородность электрофизических характеристик по объему наполнителя. При осуществлении предлагаемого способа изготовления датчика температуры поликристаллические фракции (порошки) сплавов магний-иттрий или агний-неодим, измельченные до фракий 0,5-1,0 мм, подвергают холодноу прессованию на воздухе под давлеием 100-300 МИа в ячейке коаксиалього типа. Ячейку помещают в ni ительно нагретую при 900-1100 С ечь и 5выдерживают в течение 7-9 ч а воздухе, затем ячейку извлекают з печи и охлаждают на воздухе. Без звлечения образовавшихся оксидных омпозиций из ячейки осуществляют овторное холодное прессование при ех же давлениях. Пример 1. Сплав состава 4 мас.% магния, иттрий остальное акции 0,5 мм запрессовывают при

1

комнатной температуре в коаксиальную ячейку под давлением 200 МПа, проводят термообработку на воздухе при 900 С в течение 9 ч, затем повторно допрессовывают .при 200 МПа.

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

Повышение однородности электросопротивления по объему уменьшает разброс параметров датчика по величине

964

электросопротивления с 70-80% до 1-6%, что на порядок уменьшает процент брака. Одновременно увеличение на 2-3 порядка величины электросоаротивления датчика обеспечивает воз можность эксплуатации датчика в противопожарных системах Х20-1 lOCfc) Преимуществом способа изготовления датчика является использование

менее дорогостоящих исходных компонентов наполнителя, так как ирцци, используемый в известном датчюсе, относится к элементам платиновой группы. Кроме того, хлорцц иридия

обладает высокой гигроскопичностыо и требует особых условий при изготовлении датчика в отличие от сплавов магний-иттрий или магний-неодим.

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