钨铼热电偶高温抗氧化涂层研究

摘要

钨铼(W-Re)热电偶是最常用的高温传感器之一,其测温上限可达2800℃。但钨铼热电偶在高温下极易氧化,只适用于还原、惰性、真空等环境的高温测量,在空气或其它氧化性气氛中必须加以保护才能使用。本研究的目的是研发钨铼热电偶抗氧化涂层及其涂覆工艺,在不影响热电偶测量响应速度的前提下,提高其在空气及其它氧化性气氛中的测温上限,延长测温工作时间。
　　本文首先使用有限元方法模拟了多种抗氧化材料的热应力、热形变特性。设计了涂层与钨铼合金界面间粗糙度模型,并模拟得到粗糙度对涂层热应力的影响。根据模拟结果选择ZrB2和HfO2作为抗氧化涂层材料。
　　使用溶胶-凝胶法制备了ZrB2和HfO2混和溶胶,并通过提拉法在钨铼合金表面涂制10层左右的薄膜,再经过真空和空气气氛下热处理后制得较为致密均匀的抗氧化涂层。
　　使用差热和热重分析溶胶-凝胶成分的在高温下的化学变化。用XRD方法分析了制备后抗氧化涂层的物相,发现制得的涂层中主要形成了ZrO2和HfO2,而ZrB2相需要在隔绝氧气的情况下高温处理才能获得。通过3D显微镜分析了涂层形貌,比较了不同材料和工艺制备的抗氧化涂层的差别,并发现不同热处理工艺对涂层的均匀性、致密性有较明显的影响。
　　最后,在氧炔焰2300℃氧化气氛中进行了测试。钨铼热电偶可以在该温度下保持300秒以上不氧化,抗氧化涂层不脱落。

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1 绪论

1.1 热电偶的原理与特点

1.2 高温抗氧化涂层的研究现状

1.3 本文的研究内容

2 抗氧化涂层的有限元模拟

2.1 有限元方法基本原理和应用

2.2 抗氧化涂层的有限元模拟及结果

2.3 小结

3 溶胶-凝胶法制备抗氧化涂层

3.1 制备抗氧化涂层的基本方法

3.2 溶胶-凝胶法的工艺和制备

3.3 抗氧化涂层制备过程

3.4 小结

4 抗氧化涂层实验结果分析

4.1 溶胶-凝胶的热分析

4.2 XRD分析

4.3 抗氧化涂层形貌分析

4.4 高温抗氧化性能测试

4.5 小结

5 全文总结

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

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