CN113008399A - 高温耐腐蚀热电偶及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温耐腐蚀热电偶及其加工方法。高温耐腐蚀热电偶包括接线盒结构、绝缘保护壳及热偶丝结构。绝缘保护壳为一端具有开口的中空结构。绝缘保护壳具有开口的一端与接线盒结构连接。热偶丝结构内置于绝缘保护壳内。热偶丝结构的两个参考端均伸入至接线盒结构内，并与接线盒结构电连接。热偶丝结构包括贵金属热偶丝及溅射沉积在贵金属热偶丝上的原子级保护膜。原子级保护膜的耐高温性能及耐腐蚀性能均优于贵金属热偶丝。因此，上述热偶丝结构的设置，使得高温耐腐蚀热电偶的使用寿命更长。
Description
技术领域
本发明涉及热电偶技术领域，特别是涉及一种高温耐高温热电偶及其加工方法。
背景技术
热电偶作为一种常用的测量器件，可以直接测量汽化炉、硫化炉等的温度。传统的热电偶外壳在骤热骤冷的冲击下容易开裂，从而导致腐蚀性和还原性气体有可能会进入热电偶内造成贵金属热偶中毒腐蚀损坏，大大影响了热电偶的使用寿命。
发明内容
基于此，有必要针对传统热电偶使用寿命较低的问题，提供一种使用寿命较长的高温耐腐蚀热电偶及其加工方法。
一种高温耐腐蚀热电偶，包括接线盒结构、绝缘保护壳及热偶丝结构；
所述绝缘保护壳为一端具有开口的中空结构；所述绝缘保护壳具有开口的一端与所述接线盒结构连接；
所述热偶丝结构内置于所述绝缘保护壳内；所述热偶丝结构的两个参考端均伸入至所述接线盒结构内，并与所述接线盒结构电连接；
所述热偶丝结构包括贵金属热偶丝及溅射沉积在所述贵金属热偶丝表面上的原子级保护膜；所述原子级保护膜的耐高温性能及耐腐蚀性能均优于所述贵金属热偶丝。
上述高温耐腐蚀热电偶，由于原子级保护膜的耐高温性能及耐腐蚀性能均由于贵金属热偶丝，所以热偶丝结构在氧化、还原或酸碱气氛下的性能较为稳定。使用时，即使有酸性、还原性气体进入绝缘保护壳内，热偶丝结构也不容易发生中毒腐蚀损坏的情况，有效地提高了高温耐腐蚀热电偶的使用寿命。而且，由于原子级保护膜是溅射沉积在贵金属热偶丝上的，所以原子级保护膜与贵金属热偶丝之间相互渗透，具有极强的结合力，即使经过长时间的使用，原子级保护膜也不容易从贵金属热偶丝上脱离下来，进一步提高了高温耐腐蚀热电偶的使用寿命。
在其中一些实施例中，用于制成所述原子级保护膜的材料包括二氧化硅、碳化钨、氧化锆及硼化锆中的至少一者。
在其中一些实施例中，所述原子级保护膜包括溅射沉积在所述贵金属热偶丝表面上的过渡层及溅射沉积在所述过渡层上的保护层；所述保护层的耐高温及耐腐蚀性能优于所述过渡层。
在其中一些实施例中，所述过渡层为二氧化硅层；所述保护层为碳化钨层、氧化锆层或硼化锆层；或
所述过渡层的厚度小于或等于5微米；所述保护层的厚度小于或等于200微米。
在其中一些实施例中，所述热偶丝结构包括材质不同的正极热偶丝及负极热偶丝；所述正极热偶丝的一端与所述负极热偶丝的一端连接，以形成所述热偶丝结构的测量端；所述测量端结晶形成有蓝宝石单晶结构；所述正极热偶丝的另一端及所述负极热偶丝的另一端分别为所述热偶丝结构的两个参考端；或
所述绝缘保护壳的材质为99.7％氧化铝陶瓷、碳化硅或蓝宝石。
在其中一些实施例中，所述绝缘保护壳包括套在所述热偶丝结构外的内层保护管及套在所述内层保护管外的外层保护管；所述外层保护管及所述内层保护管均为一端开口的管状结构，且两者的开口方向一致；所述外层保护管的内壁与所述内层保护管的外壁之间具有间隙。
在其中一些实施例中，所述接线盒结构包括一体成型的机身及表头；所述机身为具有第一连接口及第二连接口的中空结构；所述表头安装于所述第二连接口处；所述绝缘防护壳具有开口的一端穿过所述第一连接口并与所述机身的内壁连接；所述热偶丝结构的两个参考端均与所述表头电连接。
在其中一些实施例中，所述绝缘保护壳的内壁与所述热偶丝结构之间填充有绝缘保护材料；
所述接线盒结构还包括具有两个通孔的密封压帽；所述密封压帽收容于所述机身内，并与所述绝缘保护壳具有开口的一端连接，以密封所述绝缘保护壳的开口；所述热偶丝结构的两个参考端分别密封穿设于两个所述通孔内。
在其中一些实施例中，所述机身的侧壁开设有进气口及出气口；所述进气口用于接通惰性气体的吹气装置；
所述接线盒结构还包括进气堵头及出气堵头；所述进气堵头及所述出气堵头分别可拆卸地安装于所述进气口及所述出气口处。
一种高温耐腐蚀热电偶的加工方法，包括步骤：
在真空环境中，利用清洗离子束对贵金属热偶丝的表面轰击预设时长，以使所述贵金属热偶丝的表面呈现原子级清洁状态；
在真空环境中，利用聚集离子束轰击靶材，以在清洁后的所述贵金属热偶丝表面上溅射沉积形成一层原子级保护膜，以得到热偶丝结构；
所述靶材的耐高温性能及耐腐蚀性能均优于所述贵金属热偶丝；
在真空环境中，对所述热偶丝结构进行冷却处理；
待所述热偶丝结构冷却后，将所述热偶丝结构安装于绝缘保护壳内；
将装有热偶丝结构的绝缘保护壳安装在接线盒结构上。
上述高温耐腐蚀热电偶的加工方法，用于制备高温耐腐蚀热电偶。在贵金属热偶丝上溅射沉积一层原子级保护膜，由于该原子级保护膜的耐高温性能及耐腐蚀性能均优于贵金属热偶丝，所以即使有酸性、还原性气体进入绝缘保护壳内，热偶丝结构也不容易发生中毒腐蚀损坏的情况；而且在溅射沉积过程中，原子级保护膜与贵金属热偶丝之间相互渗透，使得两者之间具有极强的结合力，即使经过长时间的使用，原子级保护膜也不容易从贵金属热偶丝上脱离下来。因此，上述加工方法的使用，有效地延长了高温耐腐蚀热电偶的使用寿命。
在其中一些实施例中，所述在真空环境下，利用聚集离子束向贵金属热偶丝上轰击靶材，以在所述贵金属热偶丝上溅射沉积形成一层原子级保护膜，从而得到热偶丝结构的步骤，包括步骤：
在真空环境中，利用聚集离子束轰击第一靶材，以在所述贵金属热偶丝上溅射沉积一层过渡层；
在真空环境中，利用聚集离子束轰击第二靶材，以在所述过渡层上溅射沉积一层保护层；
其中，所述保护层的耐高温性能和耐腐蚀性能均优于所述过渡层。
在其中一些实施例中，所述绝缘保护壳包括外层保护管及内层保护管，所述接线盒结构包括机身、表头及密封压帽，将所述热偶丝结构置于所述绝缘保护壳内，并将装有热偶丝结构的绝缘保护壳安装在接线盒结构上的步骤，包括步骤：
将冷却后的所述热偶丝结构装入内层保护管内，同时将绝缘保护材料填充至所述内层保护管的内壁与所述热偶丝结构之间；
将外层保护管穿入机身内，对外层保护管与机身之间的连接处进行钎焊密封；
将装有所述热偶丝结构的内层保护管插入外层保护管内，并对所述内层保护管与所述外层保护管之间的连接处进行钎焊密封；
将密封压帽安装在所述内层保护管和/或所述外层保护管上，并对所述密封压帽与所述机身内壁之间的连接处进行密封钎焊；
将所述表头安装在所述机身上，并与所述热偶丝结构的两个参考端电连接。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中的高温耐腐蚀热电偶的结构示意图；
图2为图1所示高温耐腐蚀热电偶的A局部放大图；
图3为图1所示高温耐腐蚀热电偶的B局部放大图；
图4为本发明较佳实施例中的高温耐腐蚀热电偶的加工方法的流程图；
图5为图4所示高温耐腐蚀热电偶的加工方法中步骤S50的流程图。
标号说明：100、高温耐腐蚀热电偶；110、接线盒结构；111、机身；1111、第一连接口；1112、第二连接口；1113、进气口；1114、出气口；112、表头；113、密封压帽；114、进气堵头；115、出气堵头；120、绝缘保护壳；121、内层保护管；122、外层保护管；130、热偶丝结构；131、正极热偶丝；132、负极热偶丝；133、蓝宝石单晶结构；140、绝缘保护材料。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件被指为在另一元件“上”时，其能直接在其他元件上或亦可存在中间元件。亦可以理解的是，当元件被指为在两个元件“之间”时，其可为两个元件之间的唯一一个，或亦可存在一或多个中间元件。
在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
正如背景技术所述，热电偶通常被用来直接测量气化炉、硫反应炉中的温度，所以热电偶极有可能会在氧化、还原或酸碱气氛下工作。传统的热电偶中的热偶丝是由贵金属加工而成，虽然中这些用于加工热偶丝的贵金属通常都具有良好的耐高温性能，但是在氧化、还原或酸碱气氛下极易发生损坏，故而传统的热电偶的使用寿命较低。
基于上述原因，本发明公开了一种高温耐腐蚀热电偶。附图1示出了本发明一实施例中高温耐腐蚀热电偶的结构示意图。为了便于描述，附图仅示出了与本发明实施例相关的结构。
请参阅图1，高温耐腐蚀热电偶100包括接线盒结构110、绝缘保护壳120及热偶丝结构130。
请一并参阅图2，接线盒结构110包括机身111及表头112。机身111为具有第一连接口1111及第二连接口1112的中空结构。表头112安装于第二连接口1112处。
绝缘保护壳120为一端具有开口的中空结构。绝缘保护壳120具有开口的一端与接线盒结构110连接。具体的，绝缘保护壳120具有开口的一端穿过第一接线口并与机身111的内壁连接。其中，绝缘保护壳120可以为单层结构，也可以为多层结构，其形状可以为管状、立方体、球形、其他规则的形状或者不规则的形状等。
热偶丝结构130内置于绝缘保护壳120内。热偶丝结构130的两个参考端均(图未标)伸入至接线盒结构110内，并与接线盒结构110电连接。热偶丝结构130的两个参考端均伸入至接线盒结构110内，并与接线盒结构110电连接。
具体的，热偶丝结构130的两个参考端均伸入至机身111内，并与表头112电连接。更为具体的，机身111为一体成型结构，减少了常规形式的机身111由于焊接或密封垫带来的渗漏可能性，有效地降低了酸性等腐蚀性气体及还原性气体进入机身111内以对热偶丝结构130造成损害的概率，从而可延长高温耐腐蚀热电偶100的使用寿命。
热偶丝结构130包括贵金属热偶丝(图未示)及溅射沉积在贵金属热偶丝表面上的原子级保护膜(图未示)。原子级保护膜的耐高温性能及耐腐蚀性能均优于贵金属热偶丝。
在一些实施例中，用于制成原子级保护膜的材料包括二氧化硅、碳化钨、氧化锆及硼化锆中的至少一者。二氧化硅的熔点在1700℃以上，碳化钨的熔点在2500℃以上，氧化锆及硼化锆的熔点均在2700℃以上，故而二氧化硅、碳化钨、氧化锆及硼化锆均具有优良的耐高温性能，而且二氧化硅、碳化钨、氧化锆及硼化锆在氧化、还原或酸碱气氛下的化学性能稳定。
由于原子级保护膜的耐高温性能及耐腐蚀性能均优于贵金属热偶丝，所以原子级保护膜在氧化、还原或酸碱性气氛下的性能较为稳定，在实际使用过程中，即使有酸性等腐蚀性气体或还原性气体进入绝缘保护壳120内，热偶丝结构130也不容易发生中毒腐蚀损坏的情况，有效地延长了热偶丝结构130的使用寿命。
其中，在高温耐腐蚀热电偶100的加工过程中，通过离子束溅射沉积技术在贵金属热偶丝表面上沉积一层耐高温性能及耐腐蚀性能均优于贵金属热偶丝的原子级材料，从而可在在贵金属热偶丝表面上形成致密、均匀且结合力强的原子级保护膜。离子束溅射沉积技术的使用，在热偶丝结构130的制备过程中，使得形成原子级保护膜的部分材料离子渗入至贵金属热偶丝内，进而使得原子级保护膜与贵金属热偶丝的材料在两者的临界处相互渗透，大大提高了原子级保护膜与贵金属热偶丝之间的结合力，即使经过长时间的使用，或者长时间在氧化、还原或酸碱性气氛下工作，原子级保护膜也不容易从贵金属热偶丝上脱离下来，进一步延长了热偶丝结构130的使用寿命。因此，上述热偶丝结构130的设置，大大延长了高温耐腐蚀热电偶100的使用寿命。
通过生产实践获得，上述高温耐腐蚀热电偶100的耐温可达到1800℃，在硫反应炉内使用时的使用寿命可达到5年，与常规热电偶只能使用0.5年至2年相比，上述高温耐腐蚀热电偶100的使用寿命非常长。
而且，当高温耐腐蚀热电偶100在氧化、还原或酸碱气氛下进行测量工作时，原子级保护膜的设置，大大降低了热偶丝结构130损坏的概率，从而保证了高温耐腐蚀热电偶100的测量精度以及使用可靠性。
在一些实施例中，原子级保护膜包括溅射沉积在贵金属热偶丝表面的过渡层(图未示)及溅射沉积在过渡层上的保护层(图未示)。保护层的耐高温及耐腐蚀性能均优于过渡层。故而原子级保护膜是分两次在贵金属热偶丝上溅射沉积而成的。
而且，保护层的耐高温性能及耐腐蚀性能优于过渡层，过渡层的耐高温性能及耐腐蚀性能优于贵金属热偶丝，所以与直接将保护层溅射沉积在贵金属热偶丝表面相比，先将在贵金属热偶丝表面上溅射沉积形成过渡层，再在过渡层上溅射沉积形成保护层，可在保证原子级保护膜具有优异的耐高温及耐腐蚀性能的同时，还提高了原子级保护膜与贵金属热偶丝之间的结合力。
因此，将原子级保护膜设置为过渡层及保护层，在进一步提高热偶丝结构130的耐高温性能及耐腐蚀性能的同时，还进一步降低了原子级保护膜从贵金属热偶丝上脱离下来的概率，更进一步延长了热偶丝结构130的使用寿命，进而使得高温耐腐蚀热电偶100的使用寿命更长。
具体的，过渡层为二氧化硅层。保护层为碳化钨层、氧化锆层或硼化锆层。相比较而言，碳化钨、氧化锆及硼化锆的耐高温性能和耐腐蚀性能均优于二氧化硅，所以通过在贵金属热偶丝上溅射沉积二氧化硅以形成过渡层，可提高原子级保护膜与贵金属热偶丝之间的结合力；通过在过渡层上溅射沉积碳化钨、氧化锆或硼化锆以形成保护层，可提高原子级保护膜的耐高温性能及耐腐蚀性能。
具体的，过渡层的厚度小于等于5微米。更为具体的，过渡层的厚度范围在2微米至5微米之间。保护层的厚度小于等于200微米。更为具体的，保护层的厚度范围在50微米至200微米之间。所以过渡层及保护层的厚度都非常薄，故而原子级保护膜在提高热偶丝结构130的耐高温性能和耐腐蚀性能的同时，对热偶丝结构130的体积影响较小。
请一并参阅图3，在一些实施例中，热偶丝结构130包括材质不同的正极热偶丝131及负极热偶丝132。正极热偶丝131的一端与负极热偶丝132的一端连接，以形成热偶丝结构130的测量端。测量端结晶形成有蓝宝石单晶结构133。正极热偶丝131的另一端及负极热偶丝132的另一端分别为热偶丝结构130的两个参考端。由此，所述热偶丝结构130的测量端位于绝缘保护壳120内。在实际使用过程中，正极热偶丝131及负极热偶丝132受热会产生不同的电压信号，表头112通过测量两个参考端的电压差，即可获得被检测环境或者被检测物的温度值。
而且，蓝宝石单晶结构133不但具有优异的耐高温性能和耐腐蚀性能，而且还具有非常高的硬度，故而蓝宝石单晶结构133可对测量端起到保护作用，降低热偶丝结构130在正极热偶丝131与负极热偶丝132的连接处发生断裂、腐蚀等损害的概率，更进一步延长了热偶丝结构130的使用寿命。
请再次参阅图2，在一些实施例中，绝缘保护壳120包括套在热偶丝结构130外的内层保护管121及套在内层保护管121外的外层保护管122。外层保护管122及内层保护管121均为一端开口的管状结构，且两者的开口方向一致。外层保护管122的内壁与内层保护管121的外壁之间具有间隙。由此，绝缘保护壳120为双层结构，不但提高了绝缘保护壳120的绝缘性能，而且还降低了酸性等腐蚀性气体、还原性气体进入绝缘保护壳120内，以对热偶丝结构130造成损害的概率，进一步延长了高温耐腐蚀热电偶100的使用寿命。
具体的，外层保护管122的具有开口的一端穿入第一连接口1111，并与机身111的内壁连接。
进一步的，在一些实施例中，绝缘保护壳120的材质为99.7％氧化铝陶瓷或碳化硅或蓝宝石。由此，外层保护管122及内层保护管121的材质都可以为99.7％氧化铝陶瓷、碳化硅、蓝宝石中的一种。外层保护管122及内层保护管121的材质可以相同，也可以不同。99.7％氧化铝陶瓷、碳化硅及蓝宝石具有抗热冲击性能腔、抗热震性好，故而在上述高温耐腐蚀热电偶100使用过程中，使得绝缘保护壳120在骤冷骤热强热冲击下也不易开裂，具有较长的使用寿命，降低了酸性等腐蚀性气体、还原性气体进入绝缘保护壳120内以造成热偶丝结构130损害的概率，更进一步提高了高温耐腐蚀热电偶100的使用寿命。
在本发明的实施例中，接线盒结构110包括机身111及表头112。
进一步的，在一些实施例中，绝缘保护壳120的内壁与热偶丝结构130之间填充有绝缘保护材料140。接线盒结构110还包括具有两个通孔(图未示)的密封压帽113。密封压帽113收容于机身111内，并与绝缘保护壳120具有开口的一端连接，以密封绝缘保护壳120的开口。热偶丝结构130的两个参考端分别密封穿设于两个通孔内。由此，绝缘保护材料140不但可以对热偶丝结构130起到固定作用，而且还对热偶丝结构130起绝缘保护作用，以避免正极热偶丝131、负极热偶丝132之间相互接触导电，从而影响上述高温耐腐蚀热电偶100的性能。具体的，绝缘填充材料为氧化镁粉末。
进一步的，在一些实施例中，绝缘保护壳120与机身111内壁的连接处、绝缘保护壳120的外壁与第一连接口1111处及密封压帽113与机身111的连接处均通过钎焊密封连接。
具体的，当绝缘保护壳120包括外层保护管122及内层保护管121时，外层保护管122与机身111内壁的连接处、外层保护管122的外壁与第一连接口1111边缘的连接处、内层保护管121具有开口的一端与外层保护管122具有开口一端的连接处及密封压帽113与机身111内壁的连接处均通过钎焊密封连接。
钎焊馈通的方式，使得外层保护管122与机身111之间的连接处、外层保护管122与内层保护管121之间的连接处，以及密封压帽113与机身111内壁之间的连接处在高温环境下具有较好的密封效果，更进一步降低了酸性等腐蚀性气体或还原性气体进入绝缘保护壳120内以对热偶丝结构130造成损害的概率，更进一步延长了高温耐腐蚀热电偶100的使用寿命。
请再次参阅图1及图2，进一步的，在一些实施例中，机身111的侧壁开设有进气口1113及出气口1114。进气口1113用于接通惰性气体的吹气装置。接线盒结构110还包括进气堵头114及出气堵头115。进气堵头114及出气堵头115分别可拆卸地安装于进气口1113及出气口1114处。具体在本实施例中，惰性气体为氮气。当然，在其他实施例中，惰性气体也可以为氦气、氩气等。
在实际使用过程中，即使在机身111处存在有害气体(有害气体是指在检测过程中渗透至机身111内的酸性气体、还原性气体等)渗漏的情况，只需要将进气堵头114及出气堵头115分别从进气口1113处及出气口1114处取下，并将进气口1113与惰性气体的吹气装置连通，以利用吹气装置吹出的惰性气体将机身111内的有害气体从出气口1114吹出进行收集，就可以降低渗漏的有害气体对人体造成伤害的概率，从而可提高高温耐腐蚀热电偶100的使用安全性。
另外，请参阅图1及图4，本发明还提供了一种高温耐腐蚀热电偶的加工方法，用于加工上述高温耐腐蚀热电偶100。高温耐腐蚀热电偶的加工方法包括步骤S10至S50；
步骤S10，在真空环境中，利用清洗离子束对贵金属热偶丝的表面轰击预设时长，以使贵金属热偶丝的表面呈现原子级清洁状态。
其中，真空环境可以为真空室内形成的真空环境，也可以为真空箱体或者装置内形成的真空环境。预设时长可根据贵金属热偶丝的大小、现场条件、贵金属热偶丝的清洁要求以及清洗离子束进行选择。根据实际生产实践，将预设时长设置为10分钟，就可以使得贵金属热偶丝表面的清洁状态达到原子级清洁状态，就可以满足后续的加工要求。
具体的，步骤S10为：在真空环境中，利用清洗离子束轰击行星旋转的贵金属热偶丝，使贵金属热偶丝的表面呈现原子级清洁状态。在清洗离子束轰击贵金属热偶丝的过程中，使得贵金属热偶丝进行行星旋转，可保证贵金属热偶丝表面能够完全被清洁，以提高其清洁效果。
更为具体的，在真空环境中，利用旋转机构带动贵金属热偶丝进行行星旋转；同时，利用离子枪射出的清洗离子束轰击贵金属热偶丝的表面，以使贵金属热偶丝的表面呈现原子级清洁状态。
步骤S20，在真空环境中，利用聚集离子束轰击靶材，以在清洁后的贵金属热偶丝表面上溅射沉积一层原子级保护膜，以得到热偶丝结构130。靶材的耐高温性能及耐腐蚀性能均优于贵金属热偶丝。
在真空环境下，利用聚集离子束轰击靶材，并溅射出靶材表面的靶材原子，该靶材原子在清洁后的热偶丝结构130上沉积，以在贵金属热偶丝上形成一层原子级保护膜，以得到热偶丝结构130。所以，热偶丝结构130包括贵金属热偶丝及在贵金属热偶丝表面上形成的原子级保护膜。
需要说明的是，在步骤S20中采用的是离子束溅射沉积技术在清洁后的贵金属热偶丝的表面形成一层原子级保护膜。
步骤S30，在真空环境中对热偶丝结构130进行冷却处理。
具体的，在真空环境中，可以对热偶丝结构130进行自然冷却，也可以通过散热冷却装置或者其他能够辅助热偶丝结构130散热的物质进行快速冷却。
具体在本实施例中，在真空环境中，对热偶丝结构130进行自然冷却。也就是说，待贵金属热偶丝上形成原子级保护膜，以得到热偶丝结构130之后，可关闭离子溅射设备，将热偶丝结构130放置于真空环境内进行自然冷却。
步骤S40，待热偶丝结构130冷却后，将热偶丝结构130安装于绝缘保护壳120内，并将装有热偶丝结构130的绝缘保护壳120安装在接线盒结构110上。具体的，待热偶丝结构130冷却后，将从真空环境中取出的热偶丝结构130安装在绝缘保护壳120内。
步骤S50，将装有热偶丝结构130的绝缘保护壳120安装在接线盒结构110上。
具体的，绝缘保护壳120与接线盒结构110连接，热偶丝结构130的两个参考端与接线盒结构110电连接。
执行上述步骤S10至步骤S50后，便可制得上述高温耐腐蚀热电偶100。而且由于原子级保护膜的耐高温性能和耐腐蚀性能均优于贵金属热偶丝，所以原子级保护膜对贵金属热偶丝起保护作用，即使有酸性等腐蚀性气体或者还原性气体进入绝缘保护壳120内，这些酸性等腐蚀性气体或者还原性气体也不容易对热偶丝造成损害，有效地延长了热偶丝结构130的使用寿命。另外，在热偶丝结构130的制备过程中，离子束溅射沉积技术的使用，使得原子级保护膜的部分材料离子渗透至贵金属热偶丝内，大大增强了原子级保护膜与贵金属热偶丝之间的结合力，即使经过长时间的使用，或者长时间处于氧化、还原或酸碱性气氛下，原子级保护膜也不容易从贵金属热偶丝上脱离下来，进一步延长了热偶丝结构130的使用寿命。由此，利用上述方法可得到使用寿命较长的高温耐腐蚀热电偶100。
在一些实施例中，步骤S20包括步骤：
在真空环境中，利用聚集离子束轰击第一靶材，以在贵金属热偶丝表面上沉积一层过渡层。
在真空环境中，利用聚集离子束轰击第二靶材，以在过渡层上沉积一层保护层。
其中，保护层的耐高温性能和耐腐蚀性能优于过渡层。
由此，原子级保护膜通过两次溅射沉积而成，包括过渡层和保护层。而且保护层的耐高温性能和耐腐蚀性能优于过渡层，而过渡层的耐高温性能和耐腐蚀性能由于贵金属热偶丝，所以原子级保护膜通过两次溅射沉积的方式形成，可进一步增强原子级保护膜与贵金属热偶丝之间的结合力，进一步降低了原子级保护膜从贵金属热偶丝上脱离的概率，进而使得高温耐腐蚀热偶丝的使用寿命更长。
具体的，第一靶材为二氧化硅靶材，第二靶材为碳化钨靶材、氧化锆靶材或硼化锆靶材。由此，过渡层是由从二氧化硅靶材上溅射出的而二氧化硅离子沉积形成，保护层则是由从碳化钨靶材、氧化锆靶材或硼化锆靶材上溅射出的碳化钨离子、氧化锆离子或硼化锆离子在过渡层上沉积而成。在耐高温和耐腐蚀性能方面，碳化钨、氧化锆及硼化锆的性能优于二氧化硅的性能，而二氧化硅的性能优于用于制成贵金属热偶丝的贵金属的性能。
在一些实施例中，热偶丝结构130包括正极热偶丝131及一端与正极热偶丝131的一端连接的负极热偶丝132。在步骤S30之前，还包括步骤：在正极热偶丝131及负极热偶丝132的连接处结晶生成蓝宝石单晶结构133。
由于蓝宝石单晶结构133具有优异的耐高温性能和耐腐蚀性能，以及非常高的硬度，所以蓝宝石单晶结构133可对正极热偶丝131及与负极热偶丝132之间的连接处起保护作用，降低热偶丝结构130在正极热偶丝131与负极热偶丝132的连接处发生断裂。腐蚀等损害的概率，更进一步延长了热偶丝结构130的使用寿命。
在一些实施例中，绝缘保护壳120包括外层保护管122及内层保护管121，接线盒结构110包括机身111、表头112及密封压帽113。请一并参阅图5，步骤S50包括步骤S51至步骤S55：
步骤S51，将冷却后的热偶丝结构130装入内层保护管121内，同时将绝缘保护材料140填充至内层保护管121的内壁与热偶丝结构130之间。
其中，绝缘保护材料140为氧化镁粉末等电绝缘性能优异的粉末材料。故而将绝缘保护材料140不但可以对内层保护管121内的热偶丝结构130起固定作用，而且还对热偶丝结构130起绝缘保护作用，避免热偶丝结构130中的正极热偶丝131和负极热偶丝132相互接触而影响检测精度的情况发生。
步骤S52，将外层保护管122穿入机身111内，并对外层保护管122与机身111之间的连接处进行钎焊密封。
具体的，机身111为具有第一连接口1111及第二连接口1112的中空结构，外层保护管122经第一连接口1111穿入机身111内，并对外层保护管122的外壁与第一连接口1111边缘部位的连接处及外层保护管122与机身111内壁的连接处进行钎焊密封。
步骤S53，将装有热偶丝结构130的内层保护管121插入外层保护管122内，并对内层保护管121与外层保护管122之间的连接处进行钎焊密封。
具体的，外层保护管122的内壁与内层保护管121的外壁之间具有间隙，以提高绝缘保护壳120的绝缘性能。
步骤S54，将密封压帽113安装在内层保护管121和/或外层保护管122上，并对密封压帽113与机身111内壁之间的连接处进行密封钎焊。
步骤S55，将表头112安装在机身111上，并与热偶丝结构130的两个参考端电连接。
具体的，将表头112安装在第二连接口1112处，并使表头112与热偶丝结构130的两个参考端电连接。当热偶丝结构130包括正极热偶丝131及负极热偶丝132时，热偶丝结构130的两个参考端分别为正极热偶丝131远离蓝宝石单晶结构133的一端及负极热偶丝132远离蓝宝石单晶结构133的一端。
具体的，上述钎焊密封是指通过钎焊馈通的方式对上述各个连接处进行密封连接。而通过钎焊馈通的方式对上述各个连接处进行密封，使得上述各个连接处在高温环境中依然具有优异的密封效果，进一步降低了酸性等腐蚀性气体或还原性气体进入绝缘保护壳120内，从而对热偶丝结构130造成损害的概率，更进一步延长了高温耐腐蚀热电偶100的使用寿命。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种高温耐腐蚀热电偶，其特征在于，包括接线盒结构、绝缘保护壳及热偶丝结构；
所述绝缘保护壳为一端具有开口的中空结构；所述绝缘保护壳具有开口的一端与所述接线盒结构连接；
所述热偶丝结构内置于所述绝缘保护壳内；所述热偶丝结构的两个参考端均伸入至所述接线盒结构内，并与所述接线盒结构电连接；
所述热偶丝结构包括贵金属热偶丝及溅射沉积在所述贵金属热偶丝表面上的原子级保护膜；所述原子级保护膜的耐高温性能及耐腐蚀性能均优于所述贵金属热偶丝。
2.根据权利要求1所述的高温耐腐蚀热电偶，其特征在于，用于制成所述原子级保护膜的材料包括二氧化硅、碳化钨、氧化锆及硼化锆中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的高温耐腐蚀热电偶，其特征在于，所述原子级保护膜包括溅射沉积在所述贵金属热偶丝表面上的过渡层及溅射沉积在所述过渡层上的保护层；所述保护层的耐高温及耐腐蚀性能优于所述过渡层。
4.根据权利要求3所述的高温耐腐蚀热电偶，其特征在于，所述过渡层为二氧化硅层；所述保护层为碳化钨层、氧化锆层或硼化锆层；或
所述过渡层的厚度小于或等于5微米；所述保护层的厚度小于或等于200微米。
5.根据权利要求1所述的高温耐腐蚀热电偶，其特征在于，所述热偶丝结构包括材质不同的正极热偶丝及负极热偶丝；所述正极热偶丝的一端与所述负极热偶丝的一端连接，以形成所述热偶丝结构的测量端；所述测量端结晶形成有蓝宝石单晶结构；所述正极热偶丝的另一端及所述负极热偶丝的另一端分别为所述热偶丝结构的两个参考端；或
所述绝缘保护壳的材质为99.7％氧化铝陶瓷、碳化硅或蓝宝石。
6.根据权利要求1所述的高温耐腐蚀热电偶，其特征在于，所述绝缘保护壳包括套在所述热偶丝结构外的内层保护管及套在所述内层保护管外的外层保护管；所述外层保护管及所述内层保护管均为一端开口的管状结构，且两者的开口方向一致；所述外层保护管的内壁与所述内层保护管的外壁之间具有间隙。
7.根据权利要求1所述的高温耐腐蚀热电偶，其特征在于，所述接线盒结构包括一体成型的机身及表头；所述机身为具有第一连接口及第二连接口的中空结构；所述表头安装于所述第二连接口处；所述绝缘防护壳具有开口的一端穿过所述第一连接口并与所述机身的内壁连接；所述热偶丝结构的两个参考端均与所述表头电连接。
8.根据权利要求7所述的高温耐腐蚀热电偶，其特征在于，所述绝缘保护壳的内壁与所述热偶丝结构之间填充有绝缘保护材料；
所述接线盒结构还包括具有两个通孔的密封压帽；所述密封压帽收容于所述机身内，并与所述绝缘保护壳具有开口的一端连接，以密封所述绝缘保护壳的开口；所述热偶丝结构的两个参考端分别密封穿设于两个所述通孔内。
9.根据权利要求7所述的高温耐腐蚀热电偶，其特征在于，所述机身的侧壁开设有进气口及出气口；所述进气口用于接通惰性气体的吹气装置；
所述接线盒结构还包括进气堵头及出气堵头；所述进气堵头及所述出气堵头分别可拆卸地安装于所述进气口及所述出气口处。
10.一种高温耐腐蚀热电偶的加工方法，其特征在于，包括步骤：
在真空环境中，利用清洗离子束对贵金属热偶丝的表面轰击预设时长，以使所述贵金属热偶丝的表面呈现原子级清洁状态；
在真空环境中，利用聚集离子束轰击靶材，以在清洁后的所述贵金属热偶丝表面上溅射沉积形成一层原子级保护膜，以得到热偶丝结构；
所述靶材的耐高温性能及耐腐蚀性能均优于所述贵金属热偶丝；
在真空环境中，对所述热偶丝结构进行冷却处理；
待所述热偶丝结构冷却后，将所述热偶丝结构安装于绝缘保护壳内；
将装有热偶丝结构的绝缘保护壳安装在接线盒结构上。
11.根据权利要求10所述的高温耐腐蚀热电偶的加工方法，其特征在于，所述在真空环境下，利用聚集离子束向贵金属热偶丝上轰击靶材，以在所述贵金属热偶丝上溅射沉积形成一层原子级保护膜，从而得到热偶丝结构的步骤，包括步骤：
在真空环境中，利用聚集离子束轰击第一靶材，以在所述贵金属热偶丝上溅射沉积一层过渡层；
在真空环境中，利用聚集离子束轰击第二靶材，以在所述过渡层上溅射沉积一层保护层；
其中，所述保护层的耐高温性能和耐腐蚀性能均优于所述过渡层。
12.根据权利要求10所述的高温耐腐蚀热电偶的加工方法，所述绝缘保护壳包括外层保护管及内层保护管，所述接线盒结构包括机身、表头及密封压帽，其特征在于，将所述热偶丝结构置于所述绝缘保护壳内，并将装有热偶丝结构的绝缘保护壳安装在接线盒结构上的步骤，包括步骤：
将冷却后的所述热偶丝结构装入内层保护管内，同时将绝缘保护材料填充至所述内层保护管的内壁与所述热偶丝结构之间；
将外层保护管穿入机身内，对外层保护管与机身之间的连接处进行钎焊密封；
将装有所述热偶丝结构的内层保护管插入外层保护管内，并对所述内层保护管与所述外层保护管之间的连接处进行钎焊密封；
将密封压帽安装在所述内层保护管和/或所述外层保护管上，并对所述密封压帽与所述机身内壁之间的连接处进行密封钎焊；
将所述表头安装在所述机身上，并与所述热偶丝结构的两个参考端电连接。
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