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热电偶保护套管材料种类及特点

热电偶在工业生产和科学研究等领域中已成为应用最广泛的感温元件。热

电偶保护套管材料的性能影响热电偶长期稳定性、使用寿命等各项性能指标。

在高温下工作的热电偶，对其套管材料的要求更加严格。

 产生背景

 随着科技的进步，温度测量技术得到迅速发展，已形成从点到线、由线到面;

由表及里;从有线到无线的发展趋势。在接触式与非接触式两大类产品中，量大

面广的接触式热电偶在现代技术发展中得到了快速的发展。热电偶因其性能稳

定、准确可靠、结构简单、使用方便、测温范围广、信号可远传等优点，在工

业生产和科学研究等领域中已成为应用最广泛的感温元件。在其测温过程中，

热电偶保护套管发挥着重要作用。套管材料性能影响热电偶的长期稳定性和使

用寿命等各项性能指标。特别是在高温下工作的热电偶，对其材料有更高的要

求。比如钢水连续测温，热电偶保护套管不但要承受高温，还要受到炽热钢水

的腐蚀和冲击。而在循环流化床锅炉中测温时，不但有高温氧化和高温腐蚀，

还有流动性粉体的高温冲蚀磨损。如此恶劣的工作环境对保护套管材料是严峻

的考验，也给工程技术人员出了一道难题--如何经济实用的解决高温环境下的

热电偶保护套管的失效问题。

 性能要求制作高温条件下应用的热电偶保护套管，材料除具备普通热电偶要

求的气密性、机械强度、稳定性及导热性外，还要求:

 (1)耐高温:在热电偶温度测量上限使用，不产生变质和变形，在高温下抗氧

化性能好。

 (2)热强性:在热电偶使用温度下不软化。

 (3)耐蚀性:当热电偶保护套管必须浸入熔融金属、玻璃、熔盐及腐蚀性气体

中时，应具有对这些介

 质的耐蚀性。

 (4)一定的耐温度剧变的性能，抗热震的综合性能，热导高，热膨胀小。

 材料分类1金属材料

 该类材料的特点是机械强度高、韧性好及抗渣性好;但耐高温性却不够好，易

受腐蚀。常用的金属材料保护套管如表1所示。

 2非金属材料

 该类材料的特点是:耐高温、抗氧化，但不抗冲击，比较脆易碎，导热性不理

想，热响应敏感性差。因此，一般要求管壁比较薄，因而带来一系列问题。常

用的非金属保护套管材料如表2所示。

 钢铁行业的热风炉主要用于给冶炼过程提供热风，拱顶测温热电偶保护套管

长期运行于1200~1280℃高温，使用温度达1300℃以上，并且在运行过程中

伴随高速气流强振动及燃烧中产生的硫、磷等化合物颗粒;在煤化工领域的气化

炉的测温保护套管则长期运行在1400℃以上，这类工业环境都对保护管材料

的高温性能提出了极为苛刻要求。

 SiC高温陶瓷因具有良好耐高温性能、导热性能、高强度、高硬度、低密

度、较小热膨胀系数和良好的抗氧化、耐磨损等性能，使其成为在1400℃以

上测温保护套管。然而普通SiC由于气孔率高，造成高温强度低、脆性较大等

原因，使用中容易导致脆断，造成热电偶丝的污染，严重影响了热电偶的可靠

性。因此，作为测温保护套管使用的SiC材料，应具备耐高温、抗氧化、高强

度、高硬度、抗冲刷、耐腐蚀及耐温度剧变性能等一系列的优点，才能保证确

保热电偶在1400℃左右的高温环境下长期稳定使用，满足冶金、煤化工领域

的工业生产需求。

 3复合材料

 金属陶瓷

 金属陶瓷是由一种金属或合金与另一种或者几种陶瓷采用粉末冶金的方法组

成的复合材料。其特点是综合了陶瓷材料的耐磨、耐高温、抗氧化，又有金属

材料的高强度，但热冲击性能差。一般适合在液态金属中使用，如铁水、钢

液、有色金属熔体等。另外对表2常用非金属保护套管材料于一些用高温耐

磨材料制造的保护套管，适合于在沸腾炉、循环流化床锅炉、水泥回转窑窑尾

烟室测温热电偶，球磨机、风扇磨、磨煤机等出口及管道测温的地方使用。常

用的金属陶瓷保护套管材料如表3所示。

 复合涂层

 表面涂层技术能赋予零件表面耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等多种特殊

性能，是提高产品质量、节约能源和资源、获得显著经济效益的一种新的表面

技术。采用材料表面涂层技术解决工件的高温腐蚀、磨损问题是目前国际上的

流行趋势。该类技术发挥了表面技术的优势，不是将不同的材料混合起来制作

复合材料，而是将不同的材料组合起来发挥各自的特点，获得优异的性能。