DE3200738C2

DE3200738C2 - Elektrode zur Ionisationsflammenüberwachung sowie Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE3200738C2
Application number: DE3200738A
Authority: DE
Inventors: Niels Lervad Nordborg Andersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1981-01-29
Filing date: 1982-01-13
Publication date: 1985-01-24
Also published as: JPS621598B2; JPS57149876A; GB2092050A; IT1155458B; DK38981A; JPS57182160A; IT8267090A0; DE3200738A1; FR2498503B1; FR2498503A1; GB2092050B

Abstract

Bei einem Verfahren zum Verbinden eines reaktionsgesinterten Werkstücks aus Siliciumcarbid mit einem Werkstück aus Eisen oder Metall wird das Siliciumcarbid-Werkstück (1) an dem Metall- oder Eisenwerkstück (2, 8) mit Hilfe eines Bindemittels (3) aus Silicium und einem Metall und anschließender Erhitzung der Verbindung befestigt. Eine nach diesem Verfahren hergestellte Elektrode (5) ist wie ein Stab geformt, und wenigstens das in die Flamme ragende Ende (1) des Stabes (5) besteht aus einem reaktionsgesinterten Siliciumcarbid-Halbleitermaterial.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode aus im wesentlichen Metall zur lonisationsflammenübcrwachung in einem Öl- oder Gasbrenner sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode.

Zur Kontaktierung keramischer Halbleitcrelcmeme aus Siliciumcarbid, d. h. zur Herstellung elektrischer und mechanischer Übergänge, sind flammgespritzte oder aufgeschrumpfte Mctallverbunde bekannt. Bei der Anwendung hoher Temperaturen, z. B. Temperaturen von 600 bis 700⁰C. kann das flammgespritzte Metall jedoch wegbrennen, und aufgeschrumpfte Metallverbunde werden infolge der hohen Temperatur mechanisch instabil.

Bei der Flammenüberwachung von öl- oder Gasbrennern ist die Verwendung einer lonisationselektrode bekannt. Diese Elektrode, z. B. eine Eisenelektrode, wird in den Bereich der Flamme geführt, wodurch die Flamme die Strecke zwischen der Brennstoffmündung des Brenners und der Elektrode so ionisiert, daß ein elektrischer Strom fließen kann. Bei Blauflammenbrennern, die kein sichtbares Licht aussenden, hat man einen Ultraviolett-Detektor verwendet. Indessen ist ein solcher oft nicht verwendbar, z. B. wenn der Brenner von einer Rezirkulationskammer umgeben ist. Bei solchen Brennern zieht man daher eine lonisationselektrode vor, die jedoch den Nachteil hat, daß ihr Material zerfällt, weshalb sie durch die sehr hohe Flammentemperatur, die bei Blauflammenbrennern gewöhnlich im Bereich von 1400 bis 1500°C liegt, eine verhältnismäßig kurze Lebensdauerhat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber beständigere Elektrode anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrode stabförmig ist und wenigstens ihr in die Flamme ragendes Ende aus reaktionsgesinterlem Siliciumcarbid-Halbleiterniaterial besteht.

Vorieilhafierweise hat das Halbleitermaterial eine solche Ausdehnung, daß der Verbund mit dem metallischen Teil der Elektrode außerhalb des Fla^imenbe-

ID reichs liegt. Die Rücksicht auf die Zerbrechlichkeit der Elektrodeneinlieil spricht dafür, die Elektrode so kurz wie möglich zu gestallen. Auf der anderen Seite schafft die hohe Temperatur Probleme in bezug auf den Verbund zwischen beiden Teilen der Elektrode. Auch au-

ι.ϊ ßerhalb der Flamme ist die Verbindung einer hohen Temperatur von etwa 600 bis 700°C ausgesetzt. Bei solchen Temperaturen ist das Verfahren gemäß der Erfindung zur Verbindung des Metallteils der lonisationselektrode mit dem Siliciumcarbid-Stab besonders geeignet. Durch die Befestigung des Elcktrodenendes an dem metallischen Teil mit Hilfe einer eutektischen Mischung aus Silicium und Eisen erhält man eine haltbare Elektrode. Das Euicktikum verbindet sich sowohl mit dem Siliciumcarbid als auch mit dem Eisen.

is Der Verbund kann dadurch erfolgen, daß der Siliciumcarbid-Stab in ein Loch eines Eisenstabes gesetzt, in den Zwischenraum zwischen dem Siliciumcarbid- und dem Eisen-Stab eine eutektische Mischung aus Siliciumpulver und Eisenpulver eingebracht und das Ganze auf

jo über I2OO"C erhitzt wird.

Gegebenenfalls kann der metallische Teil den Siliciumcarbid-Stab ganz umschließen. Dadurch wird ein mechanisch stabiles Werkstück erzielt, das leicht hantierbar ist. da der gesinterte Mantel den etwas zerbrechli-

js chen keramischen Siliciumcarbid-Stab schützt. Derjenige metallische Teil, der der Flamme ausgesetzt ist. zerfällt zwar, hinterläßt jedoch einen Bereich, der den stabilen Siliciumcarbid-Stab außerhalb der Flamme umschließt, wo die Temperatur nur bei 700 bis 800° C liegt.

Ferner kann der metallische Teil uer Elektrode unterhalb der Verbindungsstelle mit einer Einkerbung verschen sein. Dadurch wird erreicht, daß das äußerste zerbrechliche Ende der Elektrode in eine gewünschte Stellung gebogen werden kann, ohne diesen Teil zu beschädigen.

Das so hergestellte Werkstück wird mit den von der Flammenzone wegführenden Teil der Elektrode hartverlötet, verschweißt oder auf andere Weise befestigt.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung einer Elektro-

!H) de besteht darin, daß der metallische Teil als Pulver zugeführt und mit dem Siliciumcarbid-Stab unter isostatischem Druck zusammengesintert wird. Hierdurch ergibt sich ein sehr dichter und fester Verbund.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine lonisationselektrode mit Siliciumcarbid-Stab, eingesetzt in einen Eisenhalter,

F i g. 2 die fertige gemäß dem Verfahren nach F i g. 1

M) hergestellte Elektrode,

F i g. 3 eine lonisationselektrode, bei der der metallische Teil den Siliciumcarbid-Stab ganz umschließt, und

F i g. 4 und 5 den Fühler der F i g. 3 nach einigem Gebrauch.

Ein Siliciumcarbid-Stab 1 wird auf bekannte Weise durch Reaktionssintern einer Mischung aus Siliciumcarbid (SiC) und Graphit mit flüssigem Silicium bei hoher Termperatur hergestellt, wodurch freier Graphit mit Si-

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liciimi zu Siliciumcarbid reagiert. Fig.! zeigt, wie ein solcher Siliciumcarbid-Stab I gemäß der Erfindung mit einem metallischen Elektrodenteil 2 in Form eines Stabes aus Eisen verbunden wird. Der Siliciumcarbid-Stab I wird in einer Bohrung 7 des Elekirodenieils 2 eingesetzt. Der Zwischenraum zwUehen der Bohrungswand und dem Stab 1 wird mit eiuer Mischung 3 aus Silieium- und Eisenpulver, z. B. im Verhältnis 1:1. gefüllt. Stattdessen kann amn ein Pulver einer eutekiischen Legierung aus Fe und Si eingebracht werden. Das Ganze wird κι dann auf über 1200 C erhitzt, wobei die Pulvermischling ein Eutektikum bildet und sich sowohl mit dem Siliciumcarbid-Stahl 1 als auch mit dem Elektrodenleil 2 aus Eisen verbindet. Als Bindemittel lassen sich auch andere Metallverbindungen verwenden, z. B. eine Mischung i.-> aus Silicium und Nickel.

Fig.2 zeigt das nach dem Verfahren gemäß Fig. I hergestellte fertige Elektrodenende I, 2. Der Elektrodenteil 2 ist ein Verbindungsstück, das nun an einem den hinteren Teil einer siabförmigen Elektrode 5 bildenden _>o Stab 4 nach Wunsch befestigt werden kann.

F i g. J zeigt ein Verfahren, bei dem Eisenpulver um einen Siliciumcarbid-Stab isostatisch gepreßt wird. d. h. durch Pressen unter gleich großem Druck von allen Seiten. Darauf wird das Werkstück auf über 1200"C ;:, erhitzt, wodurch das Eisenpulver versintert: gleichzeitig diffundiert Silicium des Siliciumcarbid-Stabes 1 in das Eisenpulver, und es bildet sich eine Schmelze (Eutektikum). die eine thermisch stabile mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Siliciumcarbid-Stab I jo und dem Eisenpulver bildet. Eine solche Elektrode 5 ist robuster und verträgt Transport und Hantierung besser als der Stab gemiiß F i g. I oder 2.

Wie die F i g. 4 und 5 zeigen, korrodiert derjenige Teil der Metaühiilse. der in die Flamme hineinragt, langsam ji weg. und nur der stabile Siliciumcarbid-Stab 1 bleibt erhalten.

F i g. 4 zeigt außerdem, wie der Stab 4 hinter dem das Verbindungsstück zu dem keramischen Siliciumcarbid-Stab 1 bildende Elektrodenteil 2 mit Einkerbungen 6 -to versehen werden kann, die z. B. entweder ganz oder teilweise um den Umfang des Stabes 4 verlaufen können. Dadurch besteht die Möglichkeit, dem Siliciumcarbid-Stab I gegenüber dem übrigen Teil der Elektrode 5 durch einfaches manuelles Biegen im geschwächten -ΐϊ Querschnitt eine den Gegebenheiten angepaßte Neigung zu erteilen, ohne den zerbrechlichen Siliciumcarbid-Stab 1 zu beschädigen. Auch andere Ausführungsfornien der Elektrode können mit einer solchen Einkerbung 6 versehen werden. ;,o

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

32 OO 738 Patentansprüche:

1. Elektrode aus im wesentlichen Metall zur lonisationsflammenüberwachung in einem Öl- oder Gasbrenner, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (5) stabförmig ist und wenigstens ihr in die Flamme ragendes Ende (t) aus reaktionsgesintertem Siliciuiiicarbid-Halbleitermaterial bestshl.

2. Elektrode nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle zwischen dem Siliciumcarbid und dem metallischen Teil (2) der Elektrode (5) außerhalb des Flammenbercichs liegt.

3. Elektrode nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Teil (2) den Siliciumcarbid-Stab (1) ganz umschließt.

4. Elektrode nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Teil der Elektrode unterhalb der Verbindungsstelle mit einer Einkerbung (6) v£«schen ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumcarbid-Stab (1) in ein Loch (7) eines Eisenstabes (2) gesetzt, in den Zwischenraum zwischen dem Siliciumcarbid- und dem Eisen-Stab eine eutektische Mischung 43) aus Siliciumpulver und Eisen- oder Nickelpulver eingebracht und das Ganze auf über 1200" C erhitzt wird.

6. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Teil (2) als Pulver zugeführt und mit dem Siliciuivcarbid <?tab (I) unter isostatischem Druck zusammengesintert wird.