CN107857575A - 一种用于寻热式热敏电缆的热敏材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于寻热式热敏电缆的热敏材料，其特征在于，各组分的重量百分含量为，氧化锰：60～99%；调阻氧化物和/或平衡氧化物为氧化铝、氮化铝、氧化镍中的任一种或几种，其中：氧化铝0～19.5%；氮化铝：0～19.5%；氧化镍：1%，且氧化铝、氮化铝、氧化镍之和为40～1%。采用该热敏材料制作的寻热式热敏电缆，抗震性、弯曲性好，不会与电极和外保护管发生相互作用，并且其电阻均匀，一致性好，成品率高，能准确测量待测场内最高温度点的温度变化情况，测温范围为室温～900℃。

Description

一种用于寻热式热敏电缆的热敏材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种材料领域，特别涉及一种用于寻热式热敏电缆的热敏材料及其制备方法。
背景技术
在现代工农业生产中安全就是效益，但许多生产设备和场所(“线温”、“面温”、“大空间”)常因工况变化造成局部温度变高而引发火灾，因此有必要对其进行实时的温度监控以防止火灾的发生。对于这种设备和场所，常用的测温传感器是寻热式热敏电缆，它通过内部负温度系数热敏材料的电阻变化形成“临时热端”，此时类似于普通热电偶。现有的测温传感器主要有以下两种，第一种是热敏材料采用氧化锰、氧化钙、氧化铬、氧化镁中的任两种，通过在电极上挤包烧结而成；第二种是氧化铁、氧化镍、氧化锰、氧化铝、氧化钴、氧化镨，按一定比例混合、烧结，再铠装粉碎而成。然而上述传感器有以下问题，比如：第一种是采用在偶丝上粘接挤包后烧结成陶瓷，再在其上绕制保护管制成热敏电缆，其柔韧性和密实性差，遇震动或弯曲时热敏材料会移动，导致使用中抗震性和弯曲性差，且测温范围为100～1000℃，不能低温使用；第二种热敏电缆采用铠装工艺制备，解决了抗震性和弯曲性差问题，但因其热敏材料含有能与电极发生氧化还原反应的成分，如氧化铁，在铠装加工时电极易被氧化，造成电极间电阻急剧增大，且不均匀，电缆一致性差，成品率低，由其制成的热敏电缆电阻常温时过大、不稳定，在室温至50℃范围内热电性能不稳定，使得应用和生产受到极大限制，无法满足市场的大量需求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本专利提供一种用于寻热式热敏电缆的热敏材料，采用该热敏材料制作的寻热式热敏电缆，抗震性、弯曲性好，不会与电极和外保护管发生相互作用，并且其电阻均匀，一致性好，成品率高，能准确测量待测场内最高温度点的温度变化情况，测温范围为室温～900℃。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
用于寻热式热敏电缆的热敏材料，其各组分的重量百分含量为，氧化锰：60～99％；调阻氧化物和/或平衡氧化物为氧化铝、氮化铝、氧化镍中的任一种或几种，其中：氧化铝0～19.5％；氮化铝：0～19.5％；氧化镍：1％，且氧化铝、氮化铝、氧化镍之和为1～40％。
较好的技术方案是，所述材料各组分的重量百分含量为，氧化锰：60～81.3％；氧化铝：17.7～19.5％；氮化铝：0～19.5％；氧化镍：1％。
较好的技术方案是，所述材料各组分的重量百分含量为，氧化锰：60～81.3％；氧化铝：0～19.5％；氮化铝：17.7～19.5％；氧化镍：1％；
较好的技术方案是，所述材料各组分的重量百分含量为，氧化锰：60～81％；氧化铝：9～19.5％；氮化铝：9～19.5％；氧化镍：1％；
用于寻热式热敏电缆的热敏材料的制备方法，有以下步骤：
按照上述任一所述的配比取组分，加入无水乙醇，搅拌均匀后烘干，经1270℃×2h热处理，破碎后过200目筛，得到用于寻热式热敏电缆的热敏材料。
制备方法中所述组分烘干后的热处理，可以使其发生充分的物理化学反应，将组分中晶型由活性强的γ型、β型等转变成较单一的α型，得到稳定的目标晶型，从而使其在较宽的温度范围内具有稳定、均匀的热电性能。
本发明所述热敏材料是B值较大的负温度系数材料，以氧化锰为主成分，起负温度作用，即温度升高、阻值降低；氧化铝、氮化铝起调阻作用，同时氮化铝导热好于氧化铝，可适当提高热敏电缆的响应时间；氧化镍起化学平衡作用，防止热敏电缆加工热处理中电极和外保护管中金属镍的扩散。本发明所述材料根据常温电阻要求设置各组分，当低温使用时，要求电阻较小，此时氧化锰为99％；高温使用时电阻较大，加入氧化铝和氮化铝调阻，加入氧化镍平衡，此时氧化锰为60％。继续增加氧化铝和氮化铝会使热敏电缆常温电阻过大，低温时因干扰使输出信号异常跳动而无法使用。因此，本发明所述氧化铝和氮化铝的含量不能超过19.5％，并且氧化铝、氮化铝、氧化镍之和为40～1％。
采用本发明所述材料制备热敏电缆的方法是：按上述配比称取各组分氧化物粉末，植入容器中，加入无水乙醇，高速搅拌混和，烘干；将粉末在1270℃热处理数小时，破碎后过200目分样筛；加入纤维素粘接剂和水后放入挤制机中制成双孔瓷柱，晾干五天，除去粘接剂；将电极穿入瓷柱孔中，套上外保护管，减径，使其密实填在电极和外保护管之间。
本发明较现有技术具有以下优点：
本发明采用铠装工艺，热敏材料是压实的，不会因使用中震动、弯曲改变热敏材料电阻特性和热电性能；
本发明制备的热敏材料电阻率可调，根据不同的使用温度范围可分级选用，所有材料可在900℃内使用，制成的热敏电缆常温电阻在1千欧至10兆欧之间，可用于室温～900℃内测温，拓宽了测温范围；
本发明的热敏材料与电极材料之间具有良好的适应性，避免了原来组分材料高温时氧化腐蚀热电极的缺陷，制成的热敏电缆电阻均匀、一致性好；
本发明消除了热敏材料与电极和保护管之间的相互作用，使之可以采用更大尺寸的原材料外管制备，制备的成品长度成倍提高，加工效率大幅提高，成本大幅降低。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例中。
实施例1
称取氧化锰495g，氧化镍5g，加入无水乙醇400ml，高速搅拌均匀后烘干，放入马弗炉中经1270℃×2h热处理，处理物破碎后过200目分样筛，加入纤维素粘接剂和水后放入挤制机中制成双孔瓷柱，晾干五天，除去粘接剂，将K型热电极穿过瓷柱，再装入inconel 600φ16×1.5合金管中，减径至φ3，加工使其密实填在电极和外保护管之间。
实施例2
称取氧化锰406.5g、氧化铝88.5g、氧化镍5g，加入无水乙醇400ml，高速搅拌均匀后烘干，放入马弗炉中经1270℃×2h热处理，处理物破碎后过200目分样筛，加入纤维素粘接剂和水后放入挤制机中制成双孔瓷柱，晾干五天，除去粘接剂，将K型热电极穿过瓷柱，再装入inconel 600φ16×1.5合金管中，减径至φ3，使其密实填在电极和外保护管之间。
实施例3
称取氧化锰406.5g、氮化铝88.5g、氧化镍5g，加入无水乙醇400ml，高速搅拌均匀后烘干，热处理，放入马弗炉中经1270℃×2h热处理，处理物破碎后过200目分样筛，加入纤维素粘接剂和水后放入挤制机中制成双孔瓷柱，晾干五天，除去粘接剂，将K型热电极穿过瓷柱，再装入inconel 600φ16×1.5合金管中，减径至φ3，加工使其密实填在电极和外保护管之间。
实施例4
称取氧化锰335g、氧化铝160g、氧化镍5g，加入无水乙醇400ml，高速搅拌均匀后烘干，放入马弗炉中经1270℃×2h热处理，处理物破碎后过200目分样筛，加入纤维素粘接剂和水后放入挤制机中制成双孔瓷柱，晾干五天，除去粘接剂，将K型热电极穿过瓷柱，再装入inconel 600φ16×1.5合金管中，减径至φ3，加工使其密实填在电极和外保护管之间。
实施例5
称取氧化锰300g、氧化铝97.5g、氮化铝97.5g、氧化镍5g，加入无水乙醇400ml，高速搅拌均匀后烘干，放入马弗炉中经1270℃×2h热处理，处理物破碎后过200目分样筛，加入纤维素粘接剂和水后放入挤制机中制成双孔瓷柱，晾干五天，除去粘接剂，将K型热电极穿过瓷柱，再装入inconel 600φ16×1.5合金管中，减径至φ3，加工使其密实填在电极和外保护管之间。
表1采用本发明所述材料制备的热敏电缆的性能

Claims (4)

1.一种用于寻热式热敏电缆的热敏材料，其特征在于，各组分的重量百分含量为，氧化锰：60～99%；调阻氧化物和/或平衡氧化物为氧化铝、氮化铝、氧化镍中的任一种或几种，其中：氧化铝0～19.5%；氮化铝：0～19.5%；氧化镍：1%，且氧化铝、氮化铝、氧化镍之和为1～40%。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，各组分的重量百分含量为，氧化锰：60～81.3%；氧化铝：17.7～19.5%；氮化铝：0～19.5%；氧化镍：1%。
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，各组分的重量百分含量为，氧化锰：60～81.3%；氧化铝：0～19.5%；氮化铝：17.7～19.5%；氧化镍：1%。
4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，各组分的重量百分含量为，氧化锰：60～81%；氧化铝：9～19.5%；氮化铝：9～19.5%；氧化镍：1%。
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