[发明专利]一种钨铼热电偶抗氧化涂层结构中的氧阻挡材料及其应用

说明书

本发明属于温度测量技术领域，涉及一种钨铼热电偶高温抗氧化涂层结构中的氧阻挡材料及其应用。该氧阻挡材料为多层结构，总厚度为50～200μm，该多层结构中的氧阻挡材料存在成分梯度和浓度梯度，即通过调整每一层材料种类或材料之间的配比，使得氧阻挡材料中各层材料热膨胀系数向远离钨铼热电偶基体的方向逐渐增大，氧阻挡材料中各层材料的耐氧烧蚀能力向远离钨铼热电偶基体的方向也逐渐增大，从而增加钨铼热电偶高温抗氧化涂层的附着力，同时减小钨铼热电偶高温抗氧化涂层的应力。

技术领域

本发明属于温度测量技术领域，更具体地，涉及一种钨铼热电偶高温抗氧化涂层结构中的氧阻挡材料及其应用。

背景技术

对于1600℃以上超高温度的测量，目前多采用非接触(红外、光学等)方法测量，但非接触方法不仅响应速度慢，而且测温精度远不如采用热电偶进行直接接触式测温。铂铑(Pt-Rh)热电偶、镍铬-镍硅热电偶、铁-康铜热电偶和钨铼(W-Re)热电偶是比较常见的几种高温热电偶，其中钨铼热电偶与其它热电偶相比，具有明显的优势：

(1)熔点高(>3000℃)，强度大，抗热震性好，化学性质稳定；

(2)热电动势大(约为铂铑热电偶的2～3倍)，灵敏度高；

(3)测温范围大，工作温度上限可达2800℃；

(4)价格便宜(约为铂铑热电偶的十分之一)。

然而，钨铼热电偶在有氧环境下从300℃左右即开始氧化，只适用于还原、惰性、真空等环境的高温测量，不能在高温氧化性气氛中应用。因此，如何提高钨铼热电偶抗氧化能力，一直是国内外高温测量领域高度关注的课题。

目前在有氧环境下使用钨铼热电偶测温，一般采取两种方式：一种是一次性测量使用，即每次测温时间很短，热电偶氧化失效后即不再使用或重新处理加工后使用，另一种方式是对热电偶采取抗氧化处理。目前商业化的钨铼热电偶防氧化技术主要为铠装保护法，即采用石英、刚玉、难熔金属以及高温陶瓷等作为保护管，装入钨铼热电偶后抽空密封、充惰性气体密封或充填惰性粉体密封，在保护管内为热电偶人为创造出非氧化性气氛，使其在氧化蚀损前完成测温使命，但这种不可拆卸的实体型抗氧化热电偶，存在以下问题：

(1)热电偶使用温度受保护管耐温能力的限制，通常低于1800℃；

(2)热电偶铠装保护后体积和重量增大，在体积要求比较严格的系统中使用受到限制；

(3)采用套管和填充物质保护后，热电偶的响应速度受到很大影响。

通过在钨铼热电偶表面涂覆抗氧化涂层，在不影响响应速度的前提下，提高热电偶在高温空气及其它高温氧化气氛中的测温上限、延长测温工作时间，是解决以上问题的比较理想的方法。实际上，国内外这方面的研究从上世纪六十年代起就已开展，但始终未见持续性的公开报道，而且全球范围内至今没有相关产品投入实际使用。

本发明提出了一种新型的用于钨铼热电偶表面的高温抗氧化氧阻挡材料，使之能实现2000℃以上超高温有氧环境下的长时间接触式测温。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种钨铼热电偶高温抗氧化涂层结构中的氧阻挡材料及其应用，其目的在于通过在钨铼热电偶高温抗氧化涂层结构中的最外部设置一种多层结构的氧阻挡材料，该多层结构中的氧阻挡材料存在成分梯度和浓度梯度，即通过调整每一层材料种类或材料之间的配比，使得氧阻挡材料中各层材料热膨胀系数向远离钨铼热电偶基体的方向逐渐增大，氧阻挡材料中各层材料的耐氧烧蚀能力向远离钨铼热电偶基体的方向也逐渐增大，从而增加钨铼热电偶高温抗氧化涂层的附着力，同时减小钨铼热电偶高温抗氧化涂层的应力，由此解决2000℃以上超高温有氧环境中的长时间接触式测温的问题。