一種碳陶熱電偶保護(hù)管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳陶熱電偶保護(hù)套管及其制備方法；屬于碳陶復(fù)合材料制備及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電偶保護(hù)套管是套在測溫元件外面或預(yù)先安裝于設(shè)備之上，抵御被測介質(zhì)各種損傷的溫度傳感器安裝件，它和熱電偶、熱電阻、雙金屬溫度計(jì)配套使用。它是化工、冶金、鋼鐵、水泥、電力等行業(yè)的測溫必備品。
[0003]在這些行業(yè)中，通常存在著一些高溫、高氧、高腐、高沖擊的復(fù)雜工況。這些工況需要熱電偶保護(hù)套具有如下功能:1)耐高溫(根據(jù)工況不同，高溫要求1000?1700°C不等)；2)耐腐蝕，保護(hù)套管在高溫下不和介質(zhì)發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)；3)抗熱震，具有一定的耐溫度聚變的性能；4)熱膨脹??；5)熱導(dǎo)性高，能較為靈敏的將測得的溫度快速傳遞到儀表6)抗機(jī)械沖擊，具有機(jī)械韌性；7)耐磨損，包括氣流沖刷及固體顆粒沖刷。
[0004]目前在這些工況中，主要使用的保溫套管主要有兩類，一類是耐高溫合金套管，它能耐高溫、抗腐蝕、抗熱震；二是陶瓷保溫套管，它的高溫耐磨性能好，抗腐蝕性能強(qiáng)。然而兩者在使用過程中均存在許多問題。
[0005]其中耐高溫合金套管，存在的主要問題如下:1)高溫耐磨性能差，使用壽命短，不超過1個月，物料沖刷導(dǎo)致管壁越來越薄，最終完全把管壁削掉。2)在高溫時硬度降低，機(jī)械沖擊力度過大會導(dǎo)致保護(hù)套管被砸彎，拔不出來。3)耐高溫性能有限，最高能到1200°C，無法滿足更高溫度的工況要求。
[0006]而陶瓷保護(hù)套管，存在的主要問題有:1)導(dǎo)熱率差，熱響應(yīng)敏感性差。2)抗熱震性能差，在使用過程中由于沖擊和熱震容易導(dǎo)致脆裂，特別是在循環(huán)流化床鍋爐中使用由于強(qiáng)烈的沖蝕作用而易早期失效。3)陶瓷保護(hù)套管脆性大，韌性低，不耐沖擊。
[0007]目前還未見任何碳陶熱電偶何護(hù)套管的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在提供一種碳陶熱電偶保護(hù)套管，以解決現(xiàn)有熱電偶保護(hù)套管所存在的上述問題。同時本發(fā)明還提供碳陶熱電偶保護(hù)套管的制備方法。
[0009]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管；其材質(zhì)為碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料(CMC)。
[0010]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管；以碳纖維氈體或編織體作為骨架，以SiC作為基體；所述SiC包覆在碳纖維氈體或編織體的表面以及填充與碳纖維氈體或編織體的間隙中。
[0011]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管；將碳纖維氈體或編織體經(jīng)碳沉積后所得坯體作為骨架。
[0012]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法；包括下述步驟:
[0013]步驟一
[0014]將按碳陶熱電偶保護(hù)套管尺寸設(shè)計(jì)的碳纖維預(yù)制體置于碳沉積爐中進(jìn)行碳沉積至增重9-75% ;優(yōu)選為增重27% -50% ;得到熱電偶保護(hù)套毛胚件；
[0015]步驟二
[0016]對步驟一所得熱電偶保護(hù)套毛胚件進(jìn)行打磨、清洗、干燥后進(jìn)行浸漬處理、固化處理、燒結(jié)處理；得到首次燒結(jié)后的熱電偶保護(hù)套毛胚件；浸漬處理所用浸漬液為SiC先驅(qū)體溶液；
[0017]步驟三
[0018]對步驟二所的首次燒結(jié)后的熱電偶保護(hù)套毛胚件進(jìn)行重復(fù)浸漬處理、固化處理、燒結(jié)處理；直至密度達(dá)到1.9g/cm3以上；得到熱電偶保護(hù)套預(yù)成品；
[0019]步驟四
[0020]采用涂覆液對步驟三所得熱電偶保護(hù)套預(yù)成品進(jìn)行涂覆、干燥處理，至在熱電偶保護(hù)套預(yù)成品的質(zhì)量基礎(chǔ)上增重0.5-1%后，于1200?1300°C，保溫即得到成品；所述涂覆液以質(zhì)量百分比計(jì)包括:
[0021]酸性硅溶膠54-76%、優(yōu)選為54-74%、進(jìn)一步優(yōu)選為58-70% ；
[0022]B20324-45 %、優(yōu)選為 26-42 %、進(jìn)一步優(yōu)選為 30-40 % ；
[0023]Al2030-6 %、優(yōu)選為 0-4 %、進(jìn)一步優(yōu)選為 0-2 %。
[0024]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法；步驟一中所述增重的計(jì)算公式為:
[0025](碳沉積后的質(zhì)量-碳沉積前的質(zhì)量)/碳沉積前的質(zhì)量。
[0026]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，步驟一中所述的按碳陶熱電偶保護(hù)套管尺寸設(shè)計(jì)的碳纖維預(yù)制體為2.5D針刺碳纖維預(yù)制體。所用碳纖維為3K或6K。
[0027]在工業(yè)化應(yīng)用過程采用3K或6K碳纖維制成的碳纖維布纏繞成熱電偶保護(hù)套形狀，得到密度為0.4-0.55g/cm3的按碳陶熱電偶保護(hù)套管尺寸設(shè)計(jì)的碳纖維預(yù)制體，即得到所述2.5D針刺碳纖維預(yù)制體；或
[0028]采用連續(xù)碳3K或6K碳纖維與其短切纖維通過針織得到密度為0.4-0.55g/cm3的按碳陶熱電偶保護(hù)套管尺寸設(shè)計(jì)的碳纖維預(yù)制體，即得到所述2.5D針刺碳纖維預(yù)制體。
[0029]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，步驟一中，進(jìn)行碳沉積時，以丙烯為碳源，以氬氣為稀釋氣體，沉積時控制爐內(nèi)氣壓為2.0-3.0KPa、溫度為900?1000°C。碳沉積時，碳源氣體與稀釋氣體的摩爾比優(yōu)選為1:5?1:1。
[0030]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，步驟一中，碳沉積完成后，所得熱電偶保護(hù)套毛胚件的密度優(yōu)選為0.6?0.7g/cm3。
[0031 ] 本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，經(jīng)過碳沉積后可進(jìn)行行機(jī)加工。
[0032]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，步驟二中，對步驟一所得熱電偶保護(hù)套毛胚件進(jìn)行打磨、清洗后于150-200°C進(jìn)行干燥。在工業(yè)化應(yīng)用過程中，對步驟一所得熱電偶保護(hù)套毛胚件還需稱重、測量得到毛胚體精確的重量及密度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；然后將毛胚體用砂紙進(jìn)行一定程度的打磨以打開表面被填充的孔洞，清洗；以便后續(xù)操作能順利進(jìn)行。
[0033]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，步驟二中，所述浸漬為真空浸漬和/或加壓浸漬；優(yōu)選為先進(jìn)行真空浸漬再進(jìn)行加壓浸漬；所述真空浸漬時，控制真空度(0.0OOlMPa、溫度為25-30°C ;所述加壓浸漬時，控制壓力為2?3MPa、溫度為25_30°C。
[0034]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，步驟二中，固化時，控制溫度為180 °C -250 °C。
[0035]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，步驟二中，固化時，控制壓力為1.5~2MPa0
[0036]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，步驟二中，固化時，控制單次固化時間為為6-12h。
[0037]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，步驟二中，所述燒結(jié)是:先在氮?dú)鈿夥障?，?50°C _600°C進(jìn)行中溫?zé)Y(jié)l_2h后，然后在真空條件下于1000°C -1600°C進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)l_3h。
[0038]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，為了進(jìn)一步提升產(chǎn)品性能和提高工作效率，步驟二中，中溫?zé)Y(jié)時，采用中溫加壓燒結(jié)，中溫加壓燒結(jié)時，控制壓力為1?
1.5MPa0
[0039]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，所述SiC先驅(qū)體溶液為含有聚甲基氫硅烷的溶液。
[0040]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，步驟二中以及步驟三中，按浸漬次數(shù)，對浸漬進(jìn)行編號分別計(jì)為第一次浸漬、第二次浸漬以及后續(xù)浸漬；即首次浸漬定義為第一次浸漬，首次浸漬完成后，經(jīng)固化、燒結(jié)后，進(jìn)行首次重復(fù)浸漬時，定義該次浸漬為第二次浸漬；后續(xù)的浸漬定義為后續(xù)浸漬；
[0041]第一次浸漬、第二次浸漬時所用浸漬液以質(zhì)量份計(jì)包括下述組分:
[0042]聚甲基硅烷(PMS) 10份，
[0043]SiC 粉 1 ?2 份，
[0044]四乙烯基硅烷(PVS) 2?3份；
[0045]后續(xù)浸漬時所用浸漬液以質(zhì)量份計(jì)包括下述組分:
[0046]聚甲基硅烷10份，
[0047]四乙烯基硅烷(PVS) 2?3份。
[0048]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，所述SiC粉的粒度為40-50nm。
[0049]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，所述聚甲基硅烷是通過下述方案制備的:
[0050]步驟A
[0051]將鋁粉加入鈉砂中，保護(hù)氣氛下，攪拌，得到備用鈉砂；所述鋁粉的粒度為10?20um，鈉砂的粒度為0.5?10um ;所述備用鈉砂中A1與Na的質(zhì)量比為:12:1?15:1，優(yōu)選為13:1?14:1、進(jìn)一步優(yōu)選為13.5:1?14:1 ;
[0052]步驟B
[0053]按Na與Si的摩爾比，Na:Si = 2.5:1-2:1、優(yōu)選為2.4:1_2.2:1、進(jìn)一步優(yōu)選為
2.3:1-2.2:1配取備用鈉砂和單體；在保護(hù)氣氛下，先將鈉砂裝入反應(yīng)釜中，然后加入有機(jī)溶劑；攪拌，升溫至70-85°C、優(yōu)選為75-80°C、進(jìn)一步優(yōu)選為76_78°C后，將配取的單體分至少2次滴入反應(yīng)釜中，攪拌，進(jìn)行回流反應(yīng)；得到反應(yīng)后液；所述單體為二氯甲基硅烷；
[0054]步驟C
[0055]在保護(hù)氣氛下，對步驟B所得反應(yīng)后液進(jìn)行離心處理，離心所得液體在保護(hù)氣氛下經(jīng)蒸餾處理，得到聚甲基硅烷；
[0056]步驟A中，將鋁粉加入鈉砂中，保護(hù)氣氛下，于常溫下攪拌，得到備用鈉砂。攪拌的速度為100-130轉(zhuǎn)/分鐘。
[0057]本發(fā)明一種碳陶熱電偶保護(hù)管的制備方法，所述聚甲基硅烷的分子量為800-900，在常溫下為液體，粘度為0.02?0.