CS198795B1

CS198795B1 - Manufacturing process of pressure bushing

Info

Publication number: CS198795B1
Application number: CS364278A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Beran
Original assignee: Jaroslav Beran
Priority date: 1978-06-05
Filing date: 1978-06-05
Publication date: 1980-06-30

Description

Vynálezem je řešen způsob výroby tlakové elektrické průchodky při použití těsnicí a elektricky izolující vrstvy, vytvořené adiční chemickou reakcí. Tato průchodka umožňuje vyvést alespoň jeden utěsněný a zároveň elektricky izolovaný vodič z prostoru, vystaveného účinkům radiace a obsahujícího chemicky agresivní médium za vysokých tlaků a teplot.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for producing a pressurized electrical feedthrough using a sealing and electrically insulating layer formed by an addition chemical reaction. This grommet allows at least one sealed and at the same time electrically insulated conductor to be led out of a radiation-exposed space containing a chemically aggressive medium at high pressures and temperatures.

Dosud známé způsoby utěsňování elektricky izolujícím materiálem využívají buá kompaktních izolátorů, s nimiž jsou kovové části těsně spojeny, nebo speciálního lože, vytvořeného v prostoru o konstantním objemu chemickou reakcí slisované práSkové elektroizolační látky s technologickým médiem.The prior art methods of sealing with an electrically insulating material use either compact insulators with which the metal parts are tightly connected or a special bed formed in a constant volume space by the chemical reaction of the pressed electroinsulating powder with the process medium.

Kompaktní izolátory pro tento účel mohou být vyrobeny buá z organických, nebo anorganických materiálů. Těsného spojení kovových částí s organickým izolátorem se dosahuje mechanickou cestou. U anorganických izolátorů se používá pájení kovu na keramiku, spojování kovu s keramikou aluminotermickou směsí apod. Známé těsnicí a zároveň elektricky izolující lože se vytvoří chemickou reakcí slisovaného, prážkového kysličníku hořečnatého s vodným roztokem alkalického boritanu za zvýěené teploty.Compact insulators for this purpose can be made of either organic or inorganic materials. The tight connection of the metal parts to the organic insulator is achieved by mechanical means. Inorganic insulators are used for brazing metal, bonding metal with ceramics with an aluminothermal mixture, etc. The known sealing and electrically insulating bed is formed by chemical reaction of the compressed, powdered magnesium oxide with an aqueous solution of alkali borate at elevated temperature.

Při extrémních provozních parametrech se projevuje řada nevýhod uvedených způsobů těsnění a elektrické izolace. Organické těsnicí a izolační materiály se porušují při zvýěených teplotách a vlivem radiace, takže jejich použití v jaderných reaktorech je omezená.At the extreme operating parameters, there are a number of disadvantages of the mentioned sealing and electrical insulation methods. Organic sealing and insulating materials break down at elevated temperatures and radiation, so their use in nuclear reactors is limited.

198 795198 795

Pájené spoje kov - keramika představují sice v tomto směru značný pokrok, ale výběr dvojic materiálů, vhodných pro spojování je malý. Kromě toho, keramické materiály k těmto účelů, vyvinuté, nejsou dlouhodobě stálé v chemicky agresivních médiích, zvláětě v alkalických roztocích. Dalěí nevýhodou je okolnost, že kovy, používané pro spojování s keramikou, mohou tvořit s připojenou elektrodou z jiného kovu ruáivý galvanický článek.V řadě případů je na závadu přílišná choulostivost pájených spojů kov - keramika vůči mechanickým vlivům a teplotním rázům.Metal-ceramic solder joints represent a significant advance in this respect, but the choice of pairs of materials suitable for joining is small. In addition, the ceramic materials developed for this purpose are not stable in the long term in chemically aggressive media, especially in alkaline solutions. Another disadvantage is the fact that metals used for bonding to ceramics can form a disturbing galvanic cell with a connected electrode from another metal. In many cases, the susceptibility of brazed metal-ceramic joints to mechanical influences and thermal shocks is impaired.

Spojení kovu s keramikou ložem,vytvořeným aluminotermickou směsí je charakteristické tím, že samotné lože je elektricky vodivé a má nízkou chemickou odolnost.The bonding of the metal to the ceramic by the bed formed by the aluminothermic mixture is characterized in that the bed itself is electrically conductive and has a low chemical resistance.

Lože,vzniklé chemickou reakcí slisovaného práškového kysličníku hořečnatého s vodným roztokem je sice schopné těsnit a přiměřené elektricky izolovat, není však chemicky odolné v kyselinách a maximálně přípustná teplota je pro některé praktické aplikace příliš nízká.The bed resulting from the chemical reaction of the compressed magnesium oxide powder with the aqueous solution is capable of sealing and adequate electrical insulation, but is not chemically resistant in acids and the maximum permissible temperature is too low for some practical applications.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny vynálezem, který řeší způsob výroby tlakové elektrické průchodky při použití těsnicí a elektricky izolující vrstvy, vytvořené adiční chemickou reakcí. Vyznačuje se tím, že tlaková průchodka se smontuje z dílů, z nichž alespoň jeden je vyroben ze zirkonia, nebo slitiny, obsahující minimálně 90 % zirkonia a má charakter součástky z kompaktního kovu, nebo výlisku z práškového kovu, poloha dílů vůči sobě se upevní tak, aby nemohlo nastat zvětšení objemu utěsňovaného prostoru vnitřním přetlakem, a poté se smontované díly vyčíhají na vzduchu, nebo v kyslíku při teplotě vyšší než 300 °C.The above drawbacks are overcome by the invention which solves a method of producing a pressure electrical feedthrough using a sealing and electrically insulating layer formed by an addition chemical reaction. It is characterized in that the pressure grommet is assembled from parts of which at least one is made of zirconium or an alloy containing at least 90% zirconium and has the character of a compact metal component or a powder metal compact, the position of the parts relative to each other being fixed so that the volume of the sealed space cannot be increased by internal pressure, and then the assembled parts are annealed in air or oxygen at a temperature above 300 ° C.

Toto řešení je založeno na skutečnosti, že zirkonium reaguje za zvýšené teploty velice snadno s kyslíkem adiční chemickou reakcí za vzniku jediného reakčního produktu kysličníku zirkoničitého, který má větší specifický objem než kovové zirkonium a dobré elektroizolační vlastnosti.This solution is based on the fact that zirconium reacts very readily with an oxygen addition chemical reaction at elevated temperature to form a single reaction product of zirconium oxide having a greater specific volume than zirconium metal and good electrical insulation properties.

Je-li utěsňovaný prostor v určité části vhodně omezen plochou zirkoniového dílu a jsou-li konstrukčním uspořádáním prakticky vyloučeny objemové změny tohoto prostoru vnitřním přetlakem, potom narůstající vrstva kysličníku zirkoničitého při žíhání postupně vyplňuje celý utěsňovaný prostor, zhutňuje se a ztrácá porezitu. Tento proces se prakticky zastaví, jakmile je vrstva kysličníku zirkoničitého natolik těsná, že další přísun kyslíku téměř ustane.If the space to be sealed is appropriately constrained by the area of the zirconium part, and if the structural arrangement practically eliminates the volume variation of this space by internal pressure, then an increasing layer of zirconia during annealing gradually fills the entire sealed space, compacts and loses porosity. This process is virtually stopped once the zirconia layer is so tight that further oxygen supply almost ceases.

Praktickým příkladem využití vynálezu je výroba tlakové elektrické průchodky, která je nedemontovatelnou částí tlaková nádoby elektrochemického palivového článku.A practical example of the application of the invention is the manufacture of a pressure electrical feedthrough which is an undemountable part of the pressure vessel of an electrochemical fuel cell.

Dalšími praltickými příklady využití vynálezu je výroba samostatných, demontovatelných tlakových elektrických průchodek, určených pro jaderný termionický konvertor, nebo aplikovaných jako čidla kontaktního hladinoměru tekutého kovu v zařízení jaderného reaktoru, nebo přizpůsobených jako čidla pro sledování koroze elektrochemickými metodami v kyselých, neutrálních i alkalických technologických médiích různých výrobních aparátů chemického průmyslu .Further praltical applications of the invention are the manufacture of disassembled, removable pressure electrical bushings for nuclear thermionic converters or applied as liquid metal contact level sensors in a nuclear reactor equipment, or adapted as sensors for corrosion monitoring by electrochemical methods in acid, neutral and alkaline process media various production apparatuses of chemical industry.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A method for producing a pressure electrical bushing using a sealing and electrically insulating layer formed by an addition chemical reaction, characterized in that the pressure electrical bushing is assembled from parts of which at least one is made of zirconium or an alloy containing at least 90% zirconium and In the case of a compact metal or powdered metal molding, the position of the parts relative to each other is fixed so that there is no increase in the volume of the sealed space by internal pressure, and then the assembled parts are annealed in air or oxygen at a temperature above 300 ° C.