CN104549594B - 一种金属-碳高温共晶点复现用坩埚 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属-碳高温共晶点复现用坩埚，属于高温热电偶检定或校准领域。坩埚材质为石墨，主要包括坩埚外壳、坩埚内衬、坩埚上盖和温度计井。坩埚内衬底部有凸缘，坩埚外壳可以直接套接在凸缘上方，使用过程中安装方便。坩埚外壳防止坩埚内衬在高温使用时破裂而引起金属-碳共晶物流出，起到双重保护作用；同时坩埚内衬在高温变形时其底部不再受到坩埚外壳的约束，降低了热应力，提升整个坩埚的使用可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属-碳高温共晶点复现用坩埚，属于高温热电偶检定或校准领域。
背景技术
高温热电偶检定或校准过程中，坩埚结构设计的优劣直接影响坩埚最终的循环使用次数，并间接影响到高温热电偶的检定次数，因此必须予以特别的重视。
目前主流的坩埚在结构设计上有以下两种方案：
第一种采用瓶胆式双层壳体结构，内层壳体直接与金属和碳(金属-碳)共晶物接触，外层壳体包围着内层壳体，起到防止内层壳体破裂共晶物泄漏的作用，如Edler等在文献《Acobalt–carboneutecticfixedpointforthecalibrationofcontactthermometersattemperaturesabove1100℃》(EdlerF.andBarattoA.C.Acobalt–carboneutecticfixedpointforthecalibrationofcontactthermometersattemperaturesabove1100℃[J].Metrologia,2005,42,201-207.)中介绍的坩埚。这种坩埚结构存在的问题是：内层壳体与外层壳体几何约束太多，导致高温下内层壳体的底部在热变形后会受到外层壳体的约束而容易产生挤压破坏。这会使坩埚的使用次数减少，降低了坩埚重复利用的经济性。
第二种采用石墨编织层替代内层壳体，石墨编织层将共晶物与外壳隔离，起到保护外壳和防止共晶物泄漏的作用，如Yamada等人在专利文献《FIXED-POINTCELL,FIXED-POINTTEMPERATUREREALIZINGAPPARATUS,ANDMETHODOFTHERMOMETERCALIBRATION》(专利号：US7837382B2)中提到的坩埚。这种坩埚虽然可以降低内层壳体破裂的风险，但是石墨编织层在高温下会逐渐剥落分离，对共晶物产生一定污染。
上述两种方案各有一些不足，因此需要考虑多方面因素对坩埚进行设计。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有坩埚在设计上存在的不足，提出一种金属-碳高温共晶点复现用坩埚。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种金属-碳高温共晶点复现用坩埚，其特征在于：所述金属-碳高温共晶点复现用坩埚材质为石墨。其包括：坩埚外壳(1)、坩埚内衬(2)、坩埚上盖(3)和温度计井(4)。
坩埚内衬(2)的上端口有外螺纹，坩埚内衬(2)下端设计有凸缘(6)。在坩埚内衬(2)上端口的外螺纹下方设计有直径小于上端口的颈部结构(7)，便于用坩埚钳对尚未冷却的坩埚进行夹持移动。
坩埚内衬(2)的腔内底部和凸缘(6)的底部均采用圆角过渡设计，目的是减小应力集中，提升坩埚内衬(2)在高温下的强度。
坩埚外壳(1)套在坩埚内衬(2)外部，并与坩埚内衬(2)底部凸缘(6)的上方固定连接；坩埚外壳(1)用于防止坩埚内衬(2)在高温使用时破裂而引起金属-碳共晶物流出，起到双重保护作用。该设计安装方便，同时坩埚内衬(2)在高温变形时其底部不再受到坩埚外壳(1)的约束，降低了热应力，提升整个坩埚的使用可靠性。
温度计井(4)放置于坩埚内衬(2)内部。
坩埚上盖(3)上设计有内螺纹，与坩埚内衬(2)上端口的外螺纹相配合，使坩埚上盖(3)与坩埚内衬(2)固定连接，起固定温度计井(4)和密封坩埚内衬(2)的作用。坩埚上盖(3)上有中心圆孔(8)，中心圆孔(8)通过密封盖密封。当需要将高温热电偶插入到温度计井(4)内部时，打开密封盖，从坩埚上盖(3)上的中心圆孔(8)将高温热电偶探入温度计井(4)进行温度测量。
温度计井(4)在底部采用圆角过渡，目的是向坩埚内衬(2)压入温度计井(4)时减小来自共晶物(5)的阻力。
所述金属-碳高温共晶点复现用坩埚的使用方法为：
步骤1：将坩埚的坩埚上盖(3)和温度计井(4)移除，将配好的金属-碳混合粉末装填在坩埚内衬(2)中，拧上坩埚上盖(3)后放入高温均热炉进行升温加热至指定温度时，保持2至3小时后，将所述坩埚移出高温均热炉；此时金属-碳混合粉末成为共晶物(5)。
所述指定温度在1100℃至1500℃范围内。
所述金属-碳混合粉末为：铁-碳混合粉末(Fe-C)或钴-碳混合粉末(Co-C)或镍-碳混合粉末(Ni-C)或钯-碳混合粉末(Pd-C)或铑-碳混合粉末(Rh-C)或铂-碳混合粉末(Pt-C)或钌-碳混合粉末(Ru-C)或铱-碳混合粉末(Ir-C)或铼-碳混合粉末(Re-C)。
步骤2：移走坩埚上盖(3)，向坩埚内衬(2)中放入温度计井(4)。由于共晶物(5)占据了坩埚内衬(2)的一部分容积，所以此时温度计井(4)会有一段露在坩埚内衬(2)上端口的上方。
步骤3：为了让共晶物(5)包围温度计井(4)，再次将所述坩埚放入高温均热炉加热熔化共晶物(5)，使共晶物(5)变为液态；然后把温度计井(4)压入液态的共晶物(5)中，直至温度计井(4)上端面与坩埚内衬(2)上端面持平后，将坩埚从高温均热炉中移出。
步骤4：拧上坩埚上盖(3)，坩埚上盖(3)的作用是固定温度计井(4)的位置，防止共晶物(5)熔化后温度计井(4)向上浮动。
步骤5：打开坩埚上盖(3)上的密封盖，使高温热电偶穿过坩埚上盖(3)的中心圆孔后进入温度计井(4)进行共晶点温坪的测试复现。
有益效果
本发明提出的金属-碳高温共晶点复现用坩埚与已有装置相比较，具有如下优点：坩埚内衬底部有凸缘，坩埚外壳可以直接套接在凸缘上方，使用过程中安装方便；坩埚外壳防止坩埚内衬在高温使用时破裂而引起金属-碳共晶物流出，起到双重保护作用；同时坩埚内衬在高温变形时其底部不再受到坩埚外壳的约束，降低了热应力，提升整个坩埚的使用可靠性。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中金属-碳高温共晶点复现用坩埚的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中坩埚内衬(2)的结构示意图。
其中，1-坩埚外壳、2-坩埚内衬、3-坩埚上盖、4-温度计井、5-共晶物、6-凸缘、7-颈部结构、8-中心圆孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本实施例中的金属-碳高温共晶点复现用坩埚，其材质为石墨；其结构如图1所示，包括：坩埚外壳1、坩埚内衬2、坩埚上盖3和温度计井4。
坩埚内衬2的结构如图2所示，上端口有外螺纹，坩埚内衬2下端设计有凸缘6。在坩埚内衬2上端口的外螺纹下方设计有直径小于上端口的颈部结构7，便于用坩埚钳对尚未冷却的坩埚进行夹持移动。
坩埚内衬2的腔内底部和凸缘6的底部均采用圆角过渡设计，目的是减小应力集中，提升坩埚内衬2在高温下的强度。
坩埚外壳1套在坩埚内衬2外部，并与坩埚内衬2底部凸缘6的上方固定连接；坩埚外壳1用于防止坩埚内衬2在高温使用时破裂而引起金属-碳共晶物流出，起到双重保护作用。该设计安装方便，同时坩埚内衬2在高温变形时其底部不再受到坩埚外壳1的约束，降低了热应力，提升整个坩埚的使用可靠性。
温度计井4放置于坩埚内衬2内部。
坩埚上盖3上设计有内螺纹，与坩埚内衬2上端口的外螺纹相配合，使坩埚上盖3与坩埚内衬2固定连接，起固定温度计井4和密封坩埚内衬2的作用。坩埚上盖3上有中心圆孔8，中心圆孔8通过密封盖密封。当需要将高温热电偶插入到温度计井4内部时，打开密封盖，从坩埚上盖3上的中心圆孔8将高温热电偶探入温度计井4进行温度测量。
温度计井4在底部采用圆角过渡，目的是向坩埚内衬2压入温度计井4时减小来自共晶物5的阻力。
所述金属-碳高温共晶点复现用坩埚的使用方法为：
步骤1：将坩埚的坩埚上盖3和温度计井4移除，将配好的金属-碳混合粉末装填在坩埚内衬2中，拧上坩埚上盖3后放入高温均热炉进行升温加热至指定温度时，保持2至3小时后，将所述坩埚移出高温均热炉；此时金属-碳混合粉末成为共晶物5。
所述指定温度在1100℃至1500℃范围内。
所述金属-碳混合粉末为：铁-碳混合粉末Fe-C或钴-碳混合粉末Co-C或镍-碳混合粉末Ni-C或钯-碳混合粉末Pd-C或铑-碳混合粉末Rh-C或铂-碳混合粉末Pt-C或钌-碳混合粉末Ru-C或铱-碳混合粉末Ir-C或铼-碳混合粉末Re-C。
步骤2：移走坩埚上盖3，向坩埚内衬2中放入温度计井4。由于共晶物5占据了坩埚内衬2的一部分容积，所以此时温度计井4会有一段露在坩埚内衬2上端口的上方。
步骤3：为了让共晶物5包围温度计井4，再次将所述坩埚放入高温均热炉加热熔化共晶物5，使共晶物5变为液态；然后把温度计井4压入液态的共晶物5中，直至温度计井4上端面与坩埚内衬2上端面持平后，将坩埚从高温均热炉中移出。
步骤4：拧上坩埚上盖3，坩埚上盖3的作用是固定温度计井4的位置，防止共晶物5熔化后温度计井4向上浮动。
步骤5：打开坩埚上盖3上的密封盖，使高温热电偶穿过坩埚上盖3的中心圆孔后进入温度计井4进行共晶点温坪的测试复现。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种金属-碳高温共晶点复现用坩埚，其特征在于：其包括：坩埚外壳(1)、坩埚内衬(2)、坩埚上盖(3)和温度计井(4)；
坩埚内衬(2)的上端口有外螺纹，坩埚内衬(2)下端设计有凸缘(6)；
坩埚外壳(1)套在坩埚内衬(2)外部，并与坩埚内衬(2)底部凸缘(6)的上方固定连接；坩埚外壳(1)用于防止坩埚内衬(2)在高温使用时破裂而引起金属-碳共晶物流出，起到双重保护作用；该设计安装方便，同时坩埚内衬(2)在高温变形时其底部不再受到坩埚外壳(1)的约束，降低了热应力，提升整个坩埚的使用可靠性；
温度计井(4)放置于坩埚内衬(2)内部；
坩埚上盖(3)上设计有内螺纹，与坩埚内衬(2)上端口的外螺纹相配合，使坩埚上盖(3)与坩埚内衬(2)固定连接，起固定温度计井(4)和密封坩埚内衬(2)的作用；坩埚上盖(3)上有中心圆孔(8)，中心圆孔(8)通过密封盖密封；当需要将高温热电偶插入到温度计井(4)内部时，打开密封盖，从坩埚上盖(3)上的中心圆孔(8)将高温热电偶探入温度计井(4)进行温度测量；
所述金属-碳高温共晶点复现用坩埚，其材质为石墨；
所述坩埚内衬(2)上端口的外螺纹下方设计有直径小于上端口的颈部结构(7)，便于用坩埚钳对尚未冷却的坩埚进行夹持移动；
所述坩埚内衬(2)的腔内底部和凸缘(6)的底部均采用圆角过渡设计，目的是减小应力集中，提升坩埚内衬(2)在高温下的强度；
所述温度计井(4)在底部采用圆角过渡，目的是向坩埚内衬(2)压入温度计井(4)时减小来自共晶物(5)的阻力；
其使用方法为：
步骤1：将坩埚的坩埚上盖(3)和温度计井(4)移除，将配好的金属-碳混合粉末装填在坩埚内衬(2)中，拧上坩埚上盖(3)后放入高温均热炉进行升温加热至指定温度时，保持2至3小时后，将所述坩埚移出高温均热炉；此时金属-碳混合粉末成为共晶物(5)；
步骤2：移走坩埚上盖(3)，向坩埚内衬(2)中放入温度计井(4)；由于共晶物(5)占据了坩埚内衬(2)的一部分容积，所以此时温度计井(4)会有一段露在坩埚内衬(2)上端口的上方；
步骤3：为了让共晶物(5)包围温度计井(4)，再次将所述坩埚放入高温均热炉加热熔化共晶物(5)，使共晶物(5)变为液态；然后把温度计井(4)压入液态的共晶物(5)中，直至温度计井(4)上端面与坩埚内衬(2)上端面持平后，将坩埚从高温均热炉中移出；
步骤4：拧上坩埚上盖(3)，坩埚上盖(3)的作用是固定温度计井(4)的位置，防止共晶物(5)熔化后温度计井(4)向上浮动；
步骤5：打开坩埚上盖(3)上的密封盖，使高温热电偶穿过坩埚上盖(3)的中心圆孔后进入温度计井(4)进行共晶点温坪的测试复现。
2.如权利要求1所述金属-碳高温共晶点复现用坩埚，其特征在于：其使用方法的步骤1中所述指定温度在1100℃至1500℃范围内。
3.如权利要求1或2所述金属-碳高温共晶点复现用坩埚，其特征在于：其使用方法的步骤1中所述金属-碳混合粉末为：铁-碳混合粉末或钴-碳混合粉末或镍-碳混合粉末或钯-碳混合粉末或铑-碳混合粉末或铂-碳混合粉末或钌-碳混合粉末或铱-碳混合粉末或铼-碳混合粉末。
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