JPWO2015041315A1 - 熱電対及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
窒素雰囲気に保たれた電気炉内に酸化アルミニウム融液を入れた容器を設置し、素線としてのIr線及びIr−40質量%Rh線を、絶縁物としての酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物からなる絶縁管の穴に通し、Ir線及びIr−40質量%Rh線の端部同士を溶接して測温接点を形成し、素線及び絶縁管をIrからなる保護管に挿入した構造(以降、「Ir(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/Ir及びIr−40質量%Rh(素線)」のように表記する。)を有する熱電対を縦向きに挿入し、2000℃に昇温して酸化アルミニウム融液直上付近の温度測定を行った。保護管は外径8mm、肉厚が1mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。経過時間と温度との関係を図3に示した。前記の条件で測温を実施し、2000℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
窒素雰囲気に保たれた電気炉内に、Mo(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/Ir及びIr−40質量%Rh(素線)の構造を有する熱電対を横向きに挿入し、2000℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管は外径6.4mm、肉厚が0.9mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、2000℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
真空に保たれた電気炉内に、W(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/Ir及びIr−40質量%Rh(素線)の構造を有する熱電対を縦向きに挿入し、1900℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管は外径6.2mm、肉厚が0.8mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1900℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
真空に保たれた電気炉内に、Ta(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/Ir及びIr−40質量%Rh(素線)の構造を有する熱電対を縦向きに挿入し、1950℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管は外径6mm、肉厚が1mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1950℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
Ar雰囲気に保たれた電気炉内に、Ir(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/W−5質量%Re及びW−26質量%Re(素線)の構造を有する熱電対を縦向きに挿入し、1900℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管は外径6mm、肉厚が1mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1900℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
Ar雰囲気に保たれた電気炉内に、Mo(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/W−5質量%Re及びW−26質量%Re(素線)の構造を有する熱電対を縦向きに挿入し、1900℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管は外径6.4mm、肉厚が0.9mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1900℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
Ar雰囲気に保たれた電気炉内に、W(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/W−5質量%Re及びW−26質量%Re(素線)の構造を有する熱電対を縦向きに挿入し、1900℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管は外径6.2mm、肉厚が0.8mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1900℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
Ar雰囲気に保たれた電気炉内において、Ta(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/W−5質量%Re及びW−26質量%Re(素線)の構造を有する熱電対を縦向きに挿入し、1900℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管は外径6mm、肉厚が1mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1900℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
大気雰囲気の電気炉内に、Pt−10質量%Rh(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/Pt−13質量%Rh及びPt(素線)の構造を有するR熱電対を縦向きに挿入し、1500℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管の外径は6mmであり、保護管の肉厚は1mmである。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1500℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
大気雰囲気の電気炉内に、Pt−10質量%Rh(金属保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/Pt−13質量%Rh及び酸化物分散強化白金(素線)の構造を有するR熱電対を縦向きに挿入し、1500℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管の外径は6mmであり、保護管の肉厚は1mmである。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1500℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
大気雰囲気の電気炉内に、Pt−10質量%Rh(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/Pt−30質量%Rh及びPt−6質量%Rh(素線)の構造を有するB熱電対を縦向きに挿入し、1700℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管の外径は6mmであり、保護管の肉厚は1mmである。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1700℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
Ar雰囲気に保たれた電気炉内に、Ir(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁管)/Pt−20質量%Rh及びPt−40質量%Rh(素線)の構造を有する熱電対を縦向きに挿入し、1800℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管は外径6mm、肉厚が1mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.2mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.9mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.16質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1800℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
Ar雰囲気に保たれた電気炉内に、素線としてIr線及びIr−40質量%Rh線を用い、Ir線及びIr−40質量%Rh線の端部同士を溶接して測温接点を形成し、Irからなる保護管に挿入し、素線と保護管との間に絶縁物として酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物の粉末を充填した構造(以降、「Ir(保護管)/酸化ハフニウムを主成分とする金属酸化物(絶縁物)/Ir及びIr−40質量%Rh(素線)」のように表記する。)を有する熱電対を縦向きに挿入し、1900℃に昇温して炉内の温度測定を行った。保護管は外径6mm、肉厚が1mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁物はレーザー回折・散乱法による平均粒径が100μm以下の粉末を使用した。絶縁物の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.30質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下、Cの含有量が10質量ppm以下である。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁物を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1900℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了したが、測温中に熱電対の熱起電力異常は発生しなかった。
Ar雰囲気に保たれた電気炉内に、Ir(保護管)/酸化アルミニウム(絶縁管)/Ir及びIr−40質量%Rh(素線)の構造を有する熱電対を縦向きに挿入し、1900℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管は外径6mm、肉厚が1mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.0mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.8mmの2穴管を設けた。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工を実施しなかった。前記の条件で測温を実施したところ、1900℃に到達してから9.1時間経過したところで熱起電力異常が発生したため、測温を中断した。熱電対内部をSEMで確認したところ、図4に示すようにIr−40質量%Rh(素線)において断線を確認した。また、測温接点付近の酸化アルミニウム(絶縁管)において、変形、変色を確認した。断線部(図4のA部)をエネルギー分散型特性X線分光分析(EDX)で分析したところ、図5に示すようにAlを含む不純物を検出した。
真空に保たれた電気炉内に、Ir(保護管)/酸化ハフニウム(絶縁管)/Ir及びIr−40質量%Rh(素線)の構造を有する熱電対を縦向きに挿入し、1950℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管は外径6mm、肉厚が1mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.0mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.8mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにジルコニウムの量で換算して0.30質量%の酸化ジルコニウムを含有し、Cを33質量ppm含有する。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工は実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1950℃に到達してから50時間経過したところで測温を終了し、降温を実施した。その際、降温中に熱電対において熱起電力異常が発生した。熱電対内部を確認したところ、Ir−40質量%Rh(素線)において断線を確認した。断線部付近を走査電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、図6に示すように、前記素線表面において反応した形跡を確認した。この部分(図6のA部)をエネルギー分散型特性X線分光分析(EDX)で分析したところ、図7に示すようにIr及びRhの他に、C及びHfを検出した。
Ar雰囲気に保たれた電気炉内に、Ir(保護管)/酸化ハフニウム(絶縁管)/Ir及びIr−40質量%Rh(素線)の構造を有する熱電対を縦向きに挿入し、1900℃に昇温して炉内の温度測定を実施した。保護管は外径6mm、肉厚が1mmで、内部はArを充填して密閉した。絶縁管は外径3.0mmで、絶縁管内部に素線を挿通するため内径0.8mmの2穴管を設けた。絶縁管の材質は、酸化ハフニウムにAlが1800質量ppm、Siが300ppm含有する。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、伸線加工は実施しなかった。前記の条件で測温を実施し、1900℃に到達してから50時間経過したところで測温を中断し、降温を実施した。その際、降温中に熱電対において熱起電力異常が発生した。熱電対内部を確認したところ、Ir−40質量%Rh(素線)において断線を確認した。断線部付近を走査電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、図8に示すように、前記素線表面において反応した形跡を確認した。断線部周辺(図8のA部)をエネルギー分散型特性X線分光分析(EDX)で分析したところ、図9に示すようにIr及びRhの他に、Al及びSiを検出した。
Mo(保護管)/酸化ハフニウム(絶縁物)/Ir及びIr−40質量%Rh(素線)の構造を有する熱電対を形成後、伸線加工による熱電対の作製を実施した。保護管の外径は4.8mmであり、保護管の肉厚は0.5mmである。絶縁物は粒径が0.1mm以下の粉末を使用した。素線の線径はいずれも0.5mmである。また、素線及び絶縁管を保護管内に挿入後、種々の条件で伸線加工を実施したが、そのほとんどが加工中に断線した。断線は、素線同士の導通確認を実施し、導通がとれない場合を断線と判断した。素線同士の導通確認を実施し、導通が確認された熱電対に関して、Ar雰囲気に保たれた電気炉に熱電対を縦向きに挿入して炉内の温度測定を実施しようとしたが、昇温中において熱起電力異常が発生し、昇温及び測定を中断した。素線同士の導通確認を実施したところ、導通がとれなくなっていたため、断線していると判断した。
12 Ir線
13 Ir・Rh線
14 測温接点
5,15 絶縁物
5a,5b 細長孔
16 保護管
16a 封止部
17a,17b 酸素バリア膜
Claims (9)
- 少なくとも保護管と素線とを有する熱電対であって、
前記保護管と前記素線とが絶縁物によって絶縁されており、
前記絶縁物が、粉末若しくは成形体のいずれか一方又は両方であり、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム又はジルコニウムとハフニウムとの複合酸化物の少なくとも一種からなることを特徴とする熱電対。 - 前記絶縁物は、Al、Fe、Si及びTiの各元素の含有量が100質量ppm以下であり、かつ、Cの含有量が10質量ppm以下であることを特徴とする請求項1に記載の熱電対。
- 前記素線の表面が、酸素バリア膜で被覆されており、該酸素バリア膜の厚さが20nm以上800nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱電対。
- 前記素線が、Ir、Pt、Rh、Mo、Re、Nb、Ta及びWから選ばれる元素の一種又は二種からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の熱電対。
- 前記素線の表面を被覆する酸素バリア膜は主成分として酸化物を含み、該酸化物の酸素と結合する元素が、Hf若しくはZrのいずれか一方又はその両方であることを特徴とする請求項3又は4に記載の熱電対。
- 前記保護管の外表面の全体若しくはその一部分、又は、前記保護管の内表面の全体若しくはその一部分、の少なくともいずれか一方が、酸素バリア膜で被覆されており、該酸素バリア膜の厚さが20nm以上800nm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の熱電対。
- 前記保護管が、Ir、Pt、Rh、Ru、Mo、Re、Nb、Ta及びWから選ばれる元素の一種又は二種を用いて形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の熱電対。
- 前記保護管の外表面又は内表面を被覆する酸素バリア膜は主成分として酸化物を含み、該酸化物の酸素と結合する元素が、Hf若しくはZrのいずれか一方又はその両方であることを特徴とする請求項6又は7に記載の熱電対。
- 請求項1〜8のいずれか一つに記載の熱電対の製造方法であって、
前記素線と絶縁物とを、前記保護管内に挿入した後、伸線加工を行わないことを特徴とする熱電対の製造方法。
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