熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域中已成為應(yīng)用廣泛的感溫元件。熱電偶保護(hù)套管材料的性能影響熱電偶長(zhǎng)期穩(wěn)定性、使用壽命等各項(xiàng)性能指標(biāo)。在高溫下工作的熱電偶，對(duì)其套管材料的要求更加嚴(yán)格。

產(chǎn)生背景

隨著科技的進(jìn)步，溫度測(cè)量技術(shù)得到迅速發(fā)展，已形成從點(diǎn)到線、由線到面;由表及里;從有線到無(wú)線的發(fā)展趨勢(shì)。在接觸式與非接觸式兩大類產(chǎn)品中，量大面廣的接觸式熱電偶在現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展中得到了快速的發(fā)展。熱電偶因其性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)溫范圍廣、信號(hào)可遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域中已成為應(yīng)用廣泛的感溫元件。在其測(cè)溫過程中，熱電偶保護(hù)套管發(fā)揮著重要作用。套管材料性能影響熱電偶的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命等各項(xiàng)性能指標(biāo)。特別是在高溫下工作的熱電偶，對(duì)其材料有更高的要求。比如鋼水連續(xù)測(cè)溫，熱電偶保護(hù)套管不但要承受高溫，還要受到熾熱鋼水的腐蝕和沖擊。而在循環(huán)流化床鍋爐中測(cè)溫時(shí)，不但有高溫氧化和高溫腐蝕，還有流動(dòng)性粉體的高溫沖蝕磨損。如此惡劣的工作環(huán)境對(duì)保護(hù)套管材料是嚴(yán)峻的考驗(yàn)，也給工程技術(shù)人員出了一道難題--如何經(jīng)濟(jì)實(shí)用的解決高溫環(huán)境下的熱電偶保護(hù)套管的失效問題。

性能要求

制作高溫條件下應(yīng)用的熱電偶保護(hù)套管，材料除具備普通熱電偶要求的氣密性、機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定性及導(dǎo)熱性外，還要求:

(1)耐高溫:在熱電偶溫度測(cè)量上限使用，不產(chǎn)生變質(zhì)和變形，在高溫下抗氧化性能好。

(2)熱強(qiáng)性:在熱電偶使用溫度下不軟化。

(3)耐蝕性:當(dāng)熱電偶保護(hù)套管必須浸入熔融金屬、玻璃、熔鹽及腐蝕性氣體中時(shí)，應(yīng)具有對(duì)這些介

質(zhì)的耐蝕性。

(4)一定的耐溫度劇變的性能，抗熱震的綜合性能，熱導(dǎo)高，熱膨脹小。

材料分類

1 金屬材料

該類材料的特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高、韌性好及抗渣性好;但耐高溫性卻不夠好，易受腐蝕。常用的金屬材料保護(hù)套管如表 1 所示。

2 非金屬材料

該類材料的特點(diǎn)是:耐高溫、抗氧化，但不抗沖擊，比較脆易碎，導(dǎo)熱性不理想，熱響應(yīng)敏感性差。因此，一般要求管壁比較薄，因而帶來一系列問題。常用的非金屬保護(hù)套管材料如表 2 所示。

鋼鐵行業(yè)的熱風(fēng)爐主要用于給冶煉過程提供熱風(fēng)，拱頂測(cè)溫?zé)犭娕急Ｗo(hù)套管長(zhǎng)期運(yùn)行于 1200~1280℃高溫，使用溫度達(dá) 1300℃以上，并且在運(yùn)行過程中伴隨高速氣流強(qiáng)振動(dòng)及燃燒中產(chǎn)生的硫、磷等化合物顆粒;在煤化工領(lǐng)域的氣化爐的測(cè)溫保護(hù)套管則長(zhǎng)期運(yùn)行在 1400℃以上，這類工業(yè)環(huán)境都對(duì)保護(hù)管材料的高溫性能提出了極為苛刻要求。

SiC 高溫陶瓷因具有良好耐高溫性能、導(dǎo)熱性能、高強(qiáng)度、高硬度、低密度、較小熱膨脹系數(shù)和良好的抗氧化、耐磨損等性能，使其成為在 1400℃以上測(cè)溫保護(hù)套管。然而普通SiC由于氣孔率高，造成高溫強(qiáng)度低、脆性較大等原因，使用中容易導(dǎo)致脆斷，造成熱電偶絲的污染，嚴(yán)重影響了熱電偶的可靠性。因此，作為測(cè)溫保護(hù)套管使用的 SiC材料，應(yīng)具備耐高溫、抗氧化、高強(qiáng)度、高硬度、抗沖刷、耐腐蝕及耐溫度劇變性能等一系列的優(yōu)點(diǎn)，才能保證確保熱電偶在 1400℃左右的高溫環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，滿足冶金、煤化工領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)需求。

3 復(fù)合材料

金屬陶瓷

金屬陶瓷是由一種金屬或合金與另一種或者幾種陶瓷采用粉末冶金的方法組成的復(fù)合材料。其特點(diǎn)是綜合了陶瓷材料的耐磨、耐高溫、抗氧化，又有金屬材料的高強(qiáng)度，但熱沖擊性能差。一般適合在液態(tài)金屬中使用，如鐵水、鋼液、有色金屬熔體等。另外對(duì)表 2 常用非金屬保護(hù)套管材料于一些用高溫耐磨材料制造的保護(hù)套管，適合于在沸騰爐、循環(huán)流化床鍋爐、水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾煙室測(cè)溫?zé)犭娕?，球磨機(jī)、風(fēng)扇磨、磨煤機(jī)等出口及管道測(cè)溫的地方使用。常用的金屬陶瓷保護(hù)套管材料如表 3 所示。

復(fù)合涂層

表面涂層技術(shù)能賦予零件表面耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等多種特殊性能，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和資源、獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益的一種新的表面技術(shù)。采用材料表面涂層技術(shù)解決工件的高溫腐蝕、磨損問題是目前上的流行趨勢(shì)。該類技術(shù)發(fā)揮了表面技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，不是將不同的材料混合起來制作復(fù)合材料，而是將不同的材料組合起來發(fā)揮各自的特點(diǎn)，獲得優(yōu)異的性能。