SU1016853A1 - Высокотемпературный нагревательный элемент дл работы в окислительной среде и способ его изготовлени - Google Patents

Abstract

1 Высокотемпературный нагревательный элемент дл  работы в окислительной среде, содержащий резистор, и защитную оболочку, отличающийс  тем, что с целью повьв ени  рабочей температуры до 22002500°С , долговечности и термостойкости его, защитна  оболочка выполнена не менее чем из трех чередук цихс  слоев тугоплавкого оксида и тугоплавкого металла, причем толщина сло  металла составл ет 0,2-2 от толщины сло  оксида, а резистор выполнен из того же металла, что и металлические g слои защитной оболочки. (Л 00 СП СА

Description

2.Элемент по п. 1, отличающ и и с   тем, то резистор выполнен по меньшей мере из двух металлических слоев, крнщл которых закорочены между собой, чередующихс  с оксидными сло ми из материала оксидных слоев -защитной оболочки.

3.Способ изготовлени  высокотемпературного нагревательного элемента дл  работы в окислительной среде,

при котором на металлический резис ,тор нанос т защитнуда оболочку в виде оксидных и металлических слоев, уплотн ют их и обжиггиот, о т ли ч аю щ и и :2   тем, что оксидные и металлические слои отливают раздельно из смеси высокодисперсных порошков оксида или металла с одинаковым со-, держанием одного и того же пленкообразующего св зующего, оксидный слой нанос т толщиной 20-200 мкм, набирают из них пакеты, уплотн ют прокаткой или прессованием до толщины 0,52 мм при давлении 2-50 Mllfi при Температуре 50-150С в течение 1-10 мин, а обжиг производ т после нанесени  оболочки на резистор при температуре 1800-2900°С в неокислительной атмосфере в течение 1-2 ч,

4,Способ по п. 3, о т л и ч а-ющ и и с   тем, что в качестве пленкообразующего св зующего используют растврр полимера в органическом растворителе , преимущественно бензиноацетоновый раствор каучука.

5.Способ по пп. 3 и 4, о т л и -чающийс  тем, что при выполнении резистора по меньшей мере из двух слоев, его изготавливают идентично защитной оболочке до операции совместного обжига, при этом перед прессованием производ т закорачивание металлических слоев резистора .

1

. Изобретение относитс  к электротермии и может быть использовано в электронагревательных тепловых агрегатах преимущественно с кислородсодержащими газовыми средами, с

Известны .нагреватели с высоким температурным пределом дл  работы

в окислительных услови х, например, из двуокиси циркони , которые рабодаают до в воздушной среде С13

10

Недостатком да1нных устройств  в л етс  низка  их электропроводность при температурах до 120р-1500 С, поэтому эти нагреватели предварительно нагревают с помощью другого до-пол нительного устройства до темпера- 15 туры, при которой керамика нагревательного элемента становитс  доста-, точно электропроводной, и затем пропускают переменный электрический ток черезрезистивный элемент дл  полу- 20 чени  требуемых температур.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  высокотемпературный элемев т дл  работы в окислительной среде, содержащий резистор и замкнутую оболочг25 ку 2. .

Это нагреватель сомбинированного типа из дисилицид 1молибдена, температурный предел и ресурс работы ко- ЗЯ торых ограничен тем, что в процессе В1лсокотемпературной вьвдержки диси 4ицида молибдена переходит в низший силицил с образованием на поверхности защитной пленки двуокиси крем- 35 ни  стотйкость этой пленки не превышает , как правило, 1650-1700С.

Наиболее близким к предлагаемому I  вл етс  способ изготовлени  высокотемпературного нагревательного элемента дл  работы в окислительной среде , при котором на металлический резистор нанос т защитную оболочку в виде оксидных и металлических слоев , уплотн ют их и обжигают .з 3Недостатком известного способа  вл ютс  невозможность полудгени  ;тонких слоев (50-100 мкм и менее)) при использовании водных паст, огра:ниченна  плотность слоев, слаба  св зь между сло ми, сложность техно1логического процесса, а также трудность изготовлени  этим способом композита из большого числа слоев.

Цель изобретени  - повьвдение рабочей теш ературы до 2200-2500°С, долговечности и термостойкости нагревател  .

поставленна  цель достигаетс  тем, что высокотемпературный нагревательный элемент дл  работы в окиблительной среде,, содержащий резистор и защитную оболочку, выполненную не менее чем из трех чередумцихс  слоев тугоплавкого окисла и тугоплавкого металла, причем толщина сло  металла составл ет 0,2-2 от толщины сло  оксид 1, а резистор выполнен из того же металла, что и металлические слои защитной.оболочки.

резистор в нем может быть выполнен по меньшей мере из двух .металлических слоев, концы которых закорочены между собой, чередующихс  с оксидными сло ми из материала оксидных слоев згицитной оболочки. Способ изготовлени  этого нагрева тел  заключаетс  в том,что на металлический резис:тор нанос т защитную оболочку в виде оксидных и метал лических слоев, уплотн ют их и обжигают , причем оксидные и металлические слои отлива.ют раздельно из смеси высокодисперсных порошков оксида или металла с одинаковым содержанием одного и того же пленкообразующего св зующего, при этом оксидный слой нанос т толщиной 20-200 мкм, набирают -из них пакеты, уплотн ют прокат кой или прессованием до толщины 0,52 мм при давлении 2-50 МПа при темпepaтsф6 50-150 с в течение 1-10 мин . а обжиг производ т после нанесени  оболочки на резистор при температуре 1800-2900 С а неокислительной атмосфере в течение 1-2 ч. В качестве пленкообразующего св зующего используют раствор полимера в органическом растворителе, преимущественно бензино-ацетоновый раствор каучука. При выполнении резистора по меньшей мере из двух слоев, его изготавливают идентично защитной оболочки до операции совместного обжига, при .этом перёд прессованием производ т закорачивание металлических слоев резистора. На чертеже показана схема предлагаемого нагревател  . Нагреватель состоит из резистора 1згицитной оболоики .2 с гор чей и х лодной стороны,, токопроводов 3, BHeiii него оксидного Сло  .4, Дл  выполнени  .ук;аэанных функций защитна  оболочка может содержать от 2до 20 слоев тугоплавкого оксида, например ZrO2, толщиной от 20 до 200 мкм, чередук цихс  со сло ми Мр или W. Дл  обеспечени  эффективности и надежности .окисносСойкой оболочки ее минимальна толщина,исход  из известных диффузионных характеристик оксидов, должна быть Пор дка 0,20 ,3 мм. Поэтому минимальное количест . во защитных оксидных слоев должно быть не менее 2-3 при использовании пленок толщиной более 100-150 мкм. Указанные внешние оксидные слои могут входить в оксидно-металлический композит либо, как вариант выполнейи , образовывать отдельнсэе, дополнительное к оксидно-металличеокому композиту, чисто оксидное покрытие .. В этом случае расположекные тод внешним чисто оксидным покрытием слои оксидно-металлического .композита обеспечивают, указанные в цел х изобретени  термостойкость, прочност и сопротивление ползучести,.а также усиливают окислительную стойкость нагревател , его .повышенную долговечность , защища  резистор в случае повреждений внептих оксидных слоев. С нагревак цей гор чей стороны количество вход щих в композит оксидных слоев должно быть минимальлым , например, не более 2-5 (Б зависимости от толщины пленки) и они необходимы только дл  дололнительного повышени  окислительной стойкости. С внешней холодной стороны, напротив , количество слоев в композите может быть значительно большим до 10-20, включа  2-5 слоев внешнего чисто оксидного покрыти . При этом обща  толщина защитной оболочки не должна превышать 2-3 мм дл  п1редотвращени  чрезмерных термических напр жений. Толщина каждого сло  должна быть в пределах 20-200 мкм. При толщине пленок f. 20 мкм не обеспечиваетс , как показала практика, их бездефектность в пластицированном, и.особенно в спеченном состо нии. При толщине пленок 200 мкм заметно снижает- ; с  их прочностные характеристики. Например, изгибна  прочность пленки из SrOg то/лциной 50 .мкм при была в пределах 320-370 МПа, а толщиной 220 мкм - 120-150 МПа. Существенной особенностью предлагаемого способа  вл етс  применение металлических и оксидных пленок, содержащих одинаковое количество одного и того же св зукйДёго, а наполнители которых подобраны так, что обеспечиваетс  синхронна  усадка оксид- ; ных и метРёшлических слоев При обжиге . Плотно-прочное соединение слоев и уменьшение их до мкм достигаетс  посредством прессовани  многослойных пакетов-nipH давлёйии 2-50 МПа и температуре 50-1БД С в течение 1-10 мин. Интервалы указанных режимов прессовани  определены следующим . При давлении 2 МПа между плен1 ами могут оставатьс  воздушные прослойки, при давлении V50 МПа в пленках возникают дефекты сплбшност . Температура прессовани  должна быть не менее дл  реализации пластичности полуфабриката, прч t происходит чрезмерное активное .удаление летучих. Пзродолжительность прессовани  должна быть не менее 1-2 мин дл  стабилизации t деформированных пленок, при .продолжительности 10 мин пленки могут тер ть пластичность. Важной особенностью предлагаемого способа  вл етс  применение высоко- , молекул рного органического св зующего на основе поливинилбутирал . Такое св зующее обладает р дом преимуществ по сравнению . с другими св зками примен емыми в прототипе и других известных способах изготовлени  многослойных композитов. .Сус

Claims (5)

1. 4, Высокотемпературный нагревательный элемент для работы в окислительной среде, содержащий резистор, и защитную оболочку, отличающийся тем, что с целью повьяиения рабочей температуры до 22002500°С, долговечности и термостойкости его, защитная оболочка выполнена не менее чем из трех чередующихся слоев тугоплавкого оксида и тугоплав кого металла, причем толщина слоя металла составляет 0,2-2 от толщины слоя оксида, а резистор выполнен из того же металла, что и металлические слои защитной оболочки.
2. 2. Элемент по π. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, Что резистор выполнен по меньшей мере из двух металлических слоев, концы которых закорочены между собой, чередующихся с оксидными слоями из материала оксидных слоев -защитной оболочки.
3. 3. Способ изготовления высокотемпературного нагревательного элемента для работы в окислительной среде, при котором на металлический резис,τορ наносят защитную оболочку в виде оксидных и металлических слоев, уплотняют их и обжигают, о т л‘и чающийся тем, что оксидные и металлические слои отливают раздельно из смеси высокодисперсных порошков оксида или металла с одинаковым со-, держанием одного и того же пленкообразующего связующего, оксидный слой наносят толщиной 20-2'00 мкм, набирают из них пакеты, уплотняют прокат кой или прессованием до толщины 0,52 мм при давлении 2-50 МПа при -Температуре 50-150°С в течение 1-10 мин, а обжиг производят после нанесения оболочки на резистор при температуре 1800-2900°С в неокислительной атмосфере в течение 1-2 ч.
4. 4. Способ по п. 3, о т л и чающий с я тем, что в качестве пленкообразующего связующего используют раств.ор полимера в органическом растворителе, преимущественно бензино•ацетоновый раствор каучука.
5. 5. Способ по пп. 3 и 4, отливающийся тем, что при выполнении резистора по меньшей мере из двух слоев, его изготавливают идентично защитной оболочке до операции совместного обжига, при этом перед прессованием производят закорачивание металлических слоев резистора.