RU2759827C1 - Способ получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия методом окислительного конструирования - Google Patents
Способ получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия методом окислительного конструирования Download PDFInfo
- Publication number
- RU2759827C1 RU2759827C1 RU2021103466A RU2021103466A RU2759827C1 RU 2759827 C1 RU2759827 C1 RU 2759827C1 RU 2021103466 A RU2021103466 A RU 2021103466A RU 2021103466 A RU2021103466 A RU 2021103466A RU 2759827 C1 RU2759827 C1 RU 2759827C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- nitrides
- vanadium
- titanium
- thermometry
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004861 thermometry Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 title abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 36
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 5
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- LIXXICXIKUPJBX-UHFFFAOYSA-N [Pt].[Rh].[Pt] Chemical compound [Pt].[Rh].[Pt] LIXXICXIKUPJBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- SKKMWRVAJNPLFY-UHFFFAOYSA-N azanylidynevanadium Chemical compound [V]#N SKKMWRVAJNPLFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- -1 tantalum nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/076—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with titanium or zirconium or hafnium
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для изготовления высокотемпературных термопар из электропроводящей керамики на основе нитридов металлов подгруппы титана и ванадия (Ti, Zr, Hf, V, Та, Nb) методом прямой нитридизации для определения высоких температур до 3000°С. Предложенный способ, используя подход окислительного конструирования, позволяет получить керамический монолитный теплоэлектрический преобразователь из нитридов соответствующих металлов во всех возможных комбинациях. Предварительно производили спай фольг/проволок пары металлов с помощью аргонной, диффузионной, лазерной или иной сварки и придавали заданную форму получаемого изделия. Далее заготовку спаянных металлов переводили в нитриды путем нагрева в среде азота (ОСЧ, 99,999%) в диапазоне температур 1500-2500°С в течение времени, достаточного для завершения процесса нитридизации и получения монолитного керамического изделия. Техническим результатом является получение керамических термоэлектрческих преобразователей комбинацией пар нитридов металлов подгрупп титана и ванадия, определение их термо э.д.с. (термоэлектрического коэффициента) в диапазоне температур от -196,15 до 970°С. 5 ил., 1 табл.
Description
Способ получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия методом окислительного конструирования.
Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для изготовления высокотемпературных термопар из электропроводящей керамики на основе нитридов металлов подгруппы титана и ванадия методом прямой нитридизации для определения высоких температур до 3000°С.
Известен способ (см. патент СССР №SU 1712797 G01K 7/2 4685875/10 от 15.02.1992 г. Бюл. №6), согласно которому на держатель, выполненный в виде цилиндрического стержня из высокотемпературной керамики, один из торцов которого заострен на конус, наносят по образующим стержня и конуса пленочные термоэлектроды, а рабочий слой термоэлектродов образуют на острие конуса. Термопара, полученная этим способом, позволяет измерять высокотемпературные высокоскростные газовые потоки до Т=2000°С, обладает малой тепловой инерционностью, а ее форма не искажает течения исследуемого потока. В основании в виде керамического стержня выполняют сквозные каналы. На стенки каждого канала наносят соответствующую термоэлектродную пасту путем введения порции ее под избыточным давлением с одной стороны канала. Полученную заготовку отжигают для формирования пленочных термоэлектродов и рабочего спая термопары. В термопаре имеется только одна несущая деталь, благодаря чему обеспечивается большая виброустойчивость термопары.
Недостатком известного способа является то, что полученные термопары ограничены рабочей температурой измерения до 2000°С.
Известен способ (см. патент СССР №1647282 G01K 7/2 4661246/10 от 07.05.1991 г. Бюл. №17), согласно которому термоэлектроды, скрученные с зазором, размещают в кварцевой оболочке, заполняемой защитным газом. После герметизации оболочки и укладок ее на отражатель осуществляют сварку термоэлектродов между собой и с оболочкой расфокусированным лазерным излучением, направленным перпендикулярно в зазор скрутки. Наличие двух светоловушек (за счет отражения части лазерного излучения от боковых поверхностей термоэлектродов и зеркальной поверхности) и двустороннего одновременного образования объемов расплавления. Жесткие режимы сварки и влияние светоловушек способствует высокой интенсивности сварки.
Недостатком известного способа является невозможность использовать данные термопары выше температуры размягчения кварца.
Известен способ (см. патент РФ 2539999 С1, МПК G01K 7/02 (2006.01) 2013127914/28 от 18.03.2013), перед изготовлением термопары готовят два проводника из разных сплавов диаметром 0,3 мм. Далее осуществляют проковку термоэлектродов, которые сплющивают до толщины 9-10 мкм на месте спая и соединяют с помощью точечной сварки. Технический результат - повышение чувствительности термопары и уменьшение инерционности.
Известен способ изготовления коаксиальные термопары для измерения высокой (более 1000°С) температуры (см. патент СССР №564546 G01K 7/06 2330457/10 от 05.07.1977 г. Бюл. №25), согласно которому термопара состоит из трубки, являющейся внешним отрицательным термоэлектродом, изготовленной из карборунда типа КЭНА (ГОСТ 6139-70). Внутри которой находится молибденовый положительный термоэлектрод, помещенный в электроизоляционную глиноземную трубку (или бусы). Натяг молибденового термоэлектрода, обеспечивающий плотность соединения в горячем спае, осуществляется с помощью стальной спиральной пружины, которая находится между опорными текстолитовыми прокладками. Для создания надежного контакта на горячем конце термопары конец молибденового электрода скручен в 3-4 витка или осажен до утроенной толщины. Диапазон измеряемых температур до 2200°С.
К недостаткам данного способа относится ограничение измеряемой температуры до 2200°С, кроме того невозможно получить сложную форму термопары.
Известен способ (см. патент РФ 2399893 С1, МПК G01K 7/02 (2006.01) 2009128467/28 от 23.07.2009), согласно которому изготовляют горячий спай термопары из тугоплавких металлов. Предлагаемый способ изготовления горячего спая термопары из тугоплавких металлов включает сборку термоэлектродов на медном холодильнике с помощью втулки из тугоплавкого металла и последующую их сварку, при этом термоэлектроды собирают с зазором, в котором располагают присадочный материал в виде проволоки, температура плавления Тп.п которого связана с температурой плавления термоэлектродов Тт.э зависимостью:
Тт.э-(50…80°С)<=Тп.п<=Тт.э+(50…80°С),
при этом высоту вылета термоэлектродов над поверхностью медного холодильника устанавливают в пределах 2…4 диаметра термоэлектродов, высоту вылета присадочного материала над торцами термоэлетродов устанавливают в пределах не более 3 вылетов термоэлектродов над поверхностью медного холодильника, а сварку осуществляют лазерным или электронным лучом кратковременными импульсами в вакууме или инертной среде при продолжительности каждого импульса 0,5…2,0 сек. Технический результат - повышение точности измерения температур, увеличение механической прочности термоспая.
К недостаткам данного способа относится ограничение работы термопары в температурном диапазоне до Тп.п соответствующих тугоплавких металлов.
Известен способ [Фиалков А.С., Кучинская О.Ф., Куприкова Т.Д. и др. Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 1969, т.5, №12, с. 76-79], который применим в высокотемпературной технике, где используются углеродистые и графитовые волокна в термопаре в качестве обоих термоэлектродов полученные путем пиролитического разложения вискозы, полиакрилнитрида и других искусственных и синтетических материалов. Углеграфитовые волокна содержат 92-99% углерода и могут быть изготовлены в виде войлока, шнуров, ленты и тканей. Преимуществом таких термопар из углеродного волокна по сравнению с платинородий-платиновыми, кроме способности длительно работать в углеродсодержащих средах без искажения статистической характеристики, является низкая стоимость термоэлектродного материала.
Недостатком данного способа является возникающая трудность в создании сложной формы термопары.
Описаны способы [Куритнык И.П., Бурханов Г.С., Стаднык Б.И. Материалы высокотемпературной термометрии. Москва «Металлургия», 1986, с. 4-71] изготовления ряда термопар из металлов на основе графита, карбида кремния, карбида бора, оксидов. Для ряда определенных условий работы преимущества этих термопар по сравнению с металлическими бесспорны. Они позволяют измерять температуру окислительных сред до 1600-1850°С, восстановительных и науглероживающих сред до 2500°С, в то время как металлические термопары, кроме очень дорогих и дефицитных термопар из благородных металлов, можно эксплуатировать только до 1800°С, причем в нейтральных газовых средах и вакууме.
Недостатком данных способов получения термопар из неметаллических материалов является сложная технология изготовления и ограниченность разнообразных форм, которое ограничивает их применение.
Существует способ (см. патент RU 2337058, МПК С01 В 21/076, заявка №20061427558/15 от 14.12.2006 г.), который включает получение нитридов металлов подгруппы титана, используя подход окислительного конструирования. Преформу изделия, содержащую не менее 99,9% тугоплавкого металла, выбранного из группы, включающей титан, цирконий, гафний нагревают в среде азота до 2000-2600°С. Нагрев осуществляют электрическим током, и процесс азотирования ведут в течение времени, достаточного для получения монолитного изделия из нитрида указанного металла.
Недостатком известного способа является то, что способ не описывает получение композитных изделий из сочетания разных нитридов металлов, а также не описывает значимые операции по диффузионной спайке пар соответствующих металлов для последующей их нитридизации, и получении керамических термоэлектрических преобразователей.
Наиболее близким по технологической сущности является способ (см. патент RU 2114404 С1, МПК G01K7/02, от 27.06.1998 г.), в котором раскрыт способ, включающий диффузионную спайку фольги из двух разнородных металлов.
К недостаткам данного способа относится ограничение работы термопары, полученную таких способом, в температурном диапазоне до Тп.п, соответствующих металлов.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача, предложить способ получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии до 3000 °С из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия нитридизацией готовых пар заготовок соответствующих металлов методом окислительного конструирования.
Техническим результатом является получение керамических термоэлектрческих преобразователей комбинацией пар нитридов металлов подгрупп титана и ванадия, определение их термо э.д.с. (термоэлектрического коэффициента) в диапазоне температур от -196,15 до 970°С.
Технический результат достигается посредством способа получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия методом окислительного конструирования, включающий на первом этапе диффузионную спайку пары соответствующих металлов и на втором этапе размещение обрабатываемой заготовки изделия в азотосодержащую среду, согласно изобретению используют заготовку получаемого изделия из пары металлов, выбранных из группы, включающей титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, процесс нитридизации проводят в одну стадию при температурах от 1500 до 2500°С в течение времени, достаточного для завершения процесса нитридизации и получения монолитного керамического изделия.
В связи с тем, что в основе метода окислительного конструирования лежит получение изделий из оксидной керамики, основанное на контролируемом окислении тонкостенных металлических заготовок до компактных керамических изделий многообразных форм, изготовление которых традиционными. технологиями затруднительно. Этот подход применителен в том числе и для получения изделий из нитридной керамики металлов подгрупп титана и ванадия. В том числе, для получения бикомпонетного керамического теплоэлектрического преобразователя из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия (Ti, Zr, Hf, V, Та, Nb), используя подход окислительного конструирования, предложен настоящий способ получения пары нитридов соответствующих металлов во всех возможных комбинациях. Предварительно производили спай с помощью аргонной, диффузионной, лазерной или иной сварки фольг/проволок пары соответствующих металлов и придавали заданную форму получаемого изделия. На второй стадии заготовки, спаянных металлов переводили в нитриды путем нагрева в среде азота (ОСЧ, 99,999%) в диапазоне температур 1500-2500°С в течение времени, достаточного для завершения процесса нитридизации и получения монолитного керамического термоэлектрического преобразователя.
Фазовый состав исследовали на рентгеновском дифрактометре XRD-6000, Shimadzu. Дифрактограммы получали с поверхностного слоя (5-7 мкм) синтезированных образцов и с порошковых проб, приготовленных посредством измельчения фрагментов керамики.
Морфологию поверхности поперечных сколов исследовали методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) (микроскоп LEO 1420, Carl Zeiss).
Пример 1. В качестве примера, иллюстрирующего настоящее изобретение, предлагается описание получения горячего спая металлической заготовки с помощью сварки лент фольг соответствующих металлов V и Та длиной 60 мм и сечением 3.0×0.3 мм. Сварка фольг производилась методом ручной дуговой сварки не плавящимся электродом (TIG) в среде защитного газа (Аr), использовался высокочастотный бесконтактный поджог дуги (осциллятор). Для сварки использовались вольфрамовые электроды марки WY-20 легированные иттрием, учитывая особенности, предъявляемые к шву (спаю) термопары, использовался тупой угол заточки электродов с углами от 60 до 90°.
В таблице 1 представлены марки исходных металлов подгрупп Ti и V, которые использовались для получения соответствующих заготовок.
На рисунке 1 представлены типы спая после сварки лент фольг, соответствующих металлов.
На рисунке 2 представлен РЭМ изображение горячего спая заготовки после аргонной сварки лент фольг на примере металлов V и Та для которого в различных областях определен элементный состав (таблица 2). Из которого видно, что в процессе образования горячего спая произошла частичная диффузия одного металла в другой.
Пример 2. В качестве примера, иллюстрирующего настоящее изобретение, предлагается описание получения керамического термоэлектрического преобразователя на основе нитридов ванадия и тантала. Процесс нитридизации заготовки, спаянных металлов V и Та, осуществляли путем резистивного нагрева под действием тока в среде азота (ОСЧ, 99,999%) в течение 150 мин при температуре 1950°С. Перед установкой заготовки в реактор, ее протравливали в растворе плавиковой кислоты для снятия оксидных пленок и отмывали в ацетоне. В ходе процесса нитридизации давление азота в реакторе поддерживали на уровне (1.2±0.1) × 105 Па. Температуру регулировали с помощью термоконтроллера, подключенного к пирометру IMPAC ISR 50-LO спектрального соотношения и тиристорному регулятору мощности 3000 Вт. Процесс вели до полной нитридизации. Глубину протекания процесса азотирования контролировали по изменению силы тока.
На рисунке 3 представлена схема установки окислительного конструирования, где 1 - заготовка, 1а - спай двух металлов, 2 - колба-реактор, 3 - пирометр, 4 - термоконтроллер, 5 - общий блок управления, 6 - прецизионный редуктор с датчиками давления, 7 - вымораживатель, 8 - баллон с газообразным азотом, 9 - датчик давления, 10 - токовводы, 11 - вольтметр, 12 - амперметр, 13 - трансформатор, 14 - тиристорный регулятор, 15 - водное охлаждение.
На рисунке 4 представлены данные рентгенофазового анализа (РФА), которые подтверждают, что в процессе изготовления данного керамического термопреобразователя один термоэлектрод полностью состоит из нитрида танатала (карточка 26-0985), а второй из нитрида ванадия (карточка 35-0768). На рисунке 5 представлены РЭМ изображения по отдельности каждого из термоэлектродов керамического термоэлектрического преобразователя, состоящего из нитридов Та и V.
Пример 3. В качестве примера, иллюстрирующего настоящее изобретение, предлагается испытание полученных нитридных керамических термопреобразователей подгруппы титана и ванадия в диапазоне температур от -196,15 до 970°С. Керамический термопреобразователь на основе нитридов пары металлов V-Ta имеет термоэлектрический коэффициент 13,89 мкВ/К при температуре 970°С и 15,14 мкВ/К при -196,15°С.
Claims (1)
- Способ изготовления термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия, включающий диффузионную спайку фольги или проволок соответствующих металлов с последующей их нитридизацией, отличающийся тем, что изготовление высокотемпературного термоэлектрического преобразователя осуществляется в два этапа, на первом этапе проводят диффузионную спайку фольги или проволок пары металлов, выбранных из группы, включающей титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, на втором этапе размещают спаянную металлическую заготовку в азотосодержащую среду и осуществляют процесс нитридизации в одну стадию при температурах от 1500 до 2500°С в течение времени, достаточного для завершения процесса нитридизации и получения монолитного керамического термоэлектрического преобразователя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021103466A RU2759827C1 (ru) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Способ получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия методом окислительного конструирования |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021103466A RU2759827C1 (ru) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Способ получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия методом окислительного конструирования |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2759827C1 true RU2759827C1 (ru) | 2021-11-18 |
Family
ID=78607482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021103466A RU2759827C1 (ru) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Способ получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия методом окислительного конструирования |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2759827C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU934251A1 (ru) * | 1979-03-26 | 1982-06-07 | Предприятие П/Я Г-4493 | Способ изготовлени термопар |
| RU2114404C1 (ru) * | 1995-11-14 | 1998-06-27 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики | Способ изготовления термопар |
| CN1406704A (zh) * | 2001-09-05 | 2003-04-02 | 清华同方股份有限公司 | 一种热电偶制备方法及其装置 |
| RU2337058C2 (ru) * | 2006-12-04 | 2008-10-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения нитрида тугоплавкого металла, изделия из него, полученные этим способом, и их применение |
-
2021
- 2021-02-12 RU RU2021103466A patent/RU2759827C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU934251A1 (ru) * | 1979-03-26 | 1982-06-07 | Предприятие П/Я Г-4493 | Способ изготовлени термопар |
| RU2114404C1 (ru) * | 1995-11-14 | 1998-06-27 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики | Способ изготовления термопар |
| CN1406704A (zh) * | 2001-09-05 | 2003-04-02 | 清华同方股份有限公司 | 一种热电偶制备方法及其装置 |
| RU2337058C2 (ru) * | 2006-12-04 | 2008-10-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения нитрида тугоплавкого металла, изделия из него, полученные этим способом, и их применение |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| реферат. * |
| ШОКОДЬКО А. В. "ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ КОМПАКТНЫХ КЕРАМИК НА ОСНОВЕ НИТРИДОВ V, Nb, Ta и Ti", ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук, Москва 2018, с.9-10, 30-31, 35, 39-40. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4050956A (en) | Chemical bonding of metals to ceramic materials | |
| Sara | The system zirconium—carbon | |
| JP5855402B2 (ja) | サセプター及びその製法 | |
| US3594895A (en) | Ceramic to metal seal | |
| US5043023A (en) | Stable metal-sheathed thermocouple cable | |
| TWI763918B (zh) | 燒結鉬部件 | |
| RU2178958C2 (ru) | Жаростойкий материал | |
| US6991370B2 (en) | Temperature measuring apparatus of high melting point metal carbide-carbon system material thermocouple type, and method for producing the apparatus | |
| US3553827A (en) | Thermocouples | |
| EP0613551A1 (de) | Vakuumdicht gekapselter fühler für ein thermoelement | |
| RU2759827C1 (ru) | Способ получения высокотемпературных керамических термоэлектрических преобразователей для высокотемпературной термометрии из нитридов элементов подгрупп титана и ванадия методом окислительного конструирования | |
| US2948766A (en) | Tungsten/rhenium thermocouples | |
| JPS6250961B2 (ru) | ||
| US3196536A (en) | Method of connecting graphite articles to one another or to articles of different materials | |
| JP2019169402A (ja) | スパークプラグ及びその製造方法 | |
| DK141349B (da) | Emissionselektrode til drift ved hoej temperatur samt fremgangsmaade til dens fremstilling | |
| JP6795886B2 (ja) | グロープラグ及びその製造方法 | |
| JPH0220688A (ja) | Ｆｅ―Ｃｒ―Ｎｉ―Ｂ―ＳｉＣハンダ箔 | |
| Okuda et al. | A cylindrical SiC heater for an externally heated diamond anvil cell to 1500 K | |
| RU2827345C1 (ru) | Способ изготовления термопар и устройство для его осуществления | |
| Reed et al. | Sealed crucible technique for thermal analysis of volatile compounds up to 2500° C: Melting points of EuO, EuS, EuSe and EuTe | |
| JP6489754B2 (ja) | グロープラグ | |
| US2957037A (en) | Thermocouple | |
| SU1362954A1 (ru) | Способ изготовлени гор чего спа термопары | |
| RU2752820C1 (ru) | Способ диффузионной сварки заготовок из керамики |