Способ стабилизации высокотемпературных проволочных термопреобразователей

 

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить стабильность метрологических характеристик высокотемпературных проволочных термоэлектрических и резистивных термопреобразователей . Способ заключается в рекристаллизационном отжиге проволоки , находящейся в поступательновращательном движении, в среде инертного газа при воздействии на нее импульсов лазерного излучения с определенной плотностью энергии и частотой следования, которая выбирается из приводимого соотношения в зависимости от частоты вращения проволоки, ее радиуса и диаметра лазерного луча. При таком воздействии поверхностные слои проволоки приобретают монокристаллическую структуру, k ил. г (Л

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЩЕЛИСТИЧНжИХ

РЕСПУБЛИК (у) G О1 К 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOHIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCP (21) 4728397/10 (22) 06.06.89 (46) 30.05.92. Бюл. " 20 (71) Луцкое научно-производственное объединение "Электротермометрия" (72) И.В.Демкович, М.И.Семерак, М.И.Тоган, Я.В.Бобицкий, З.Ю.Готра, К. К.Mopes и Н.В,Ляшенко (53) 536.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 939962„ кл. С 01 K 7/02, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР .

N 1013769, кл. G 01 K 7/02, 1981. (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОВОЛОЧНЫХ ТЕРИОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к термоЪ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполвэовано в технологии изготовления активных элементов термопреобразователей.

Известен способ стабилизации термоЭДС термопар, заключающийся в термообработке термоэлектродов термопары в среде аргона при температуре, равной 1/3-1/2 .температуры плавления, до образования в структуре материала микрополостей, на которых релаксируют внутренние локальные напряжения в термоэлектродах )1) .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ стабили-: зации высокотемпературных проволочных термопреобраэователей, основанный

„SU„, 17 83 А1

2 метрии и позволяет повысить стабильность метрологических характеристик высокотемпературных проволочных термоэлектрических и резистивных термопреобразователей. Способ заключается в рекристаллизационном отжиге проволоки, находящейся в поступательновращательном движении, в среде инертного газа при воздействии на нее импульсов лазернаго излучения с определенной плотностью энергии и частотой следования, которая выбирается из приводимого соотношения в зависимости от частоты вращения проволоки, ее радиуса и диаметра лазерного луча.

При таком воздействии поверхностные слои проволоки приобретают монокристаллическую структуру. 4 ил. на рекристаллизационном отжиге протягиваемой в вакууме проволоки f2) .

Такой способ сравнительно .прост в реализации, но дает лишь незначительное улучшение поверхностных характеристик обрабатываемого материала определенного состава.

Целью изобретения является повышение стабильности метрологических характеристик высокотемпературных проволочных термопреобразователей.

Цель достигается тем, что рекристаллизационный отжиг проволоки, находящейся в поступательно-вращательном движении, осуществляют воздействием на нее импульсов лазерного излучения миллисекундной длительности с одновременной подачей е зону облучения инертного газа, при этом плотность

3 17 энергии Е лазерного излучения выбирают равной (1,10-1,25)E><, а частоту

f(o6/c) вращения проволоки и частоту

3(Гц) следования импульсов выбирают в соответствии с соотношением

2)i r« f и, 06(----6085

) у у где Ец — пороговая плотность энергии плавления поверхности проволоки ° Дж/см2; г — радиус проволоки, см; — диаметр лазерного луча, см.

Установлено, что при миллисекундно режиме облучения проволоки за время

0,5-6 мс, т.е. порядка 1 мс, поверхность проволоки поддерживается в расплавленном состоянии, что способствует проплавлению ее на достаточную глубину. По окончании каждого импульса излучения происходит естественное охлаждение проволоки с образованием монокристаллических. островков.

В зависимости от длины волны лазерного излучения, плотности энергии и длительности миллисекундного импульса глубина проплавления различна, что соответственно будет приводить к различной скорости рекристаллизации расплавленного поверхностного слоя, от которой в конечном итоге и зависит получение монокристаллического слоя на поверхности обрабатываемой проволоки.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа; на Фиг.2 показано расчетное распределение температуры по глубине вольфрамовой проволоки для импульсов излучения длительностью 1 мс с плотностью энергии

700 Дж/см2 для различных моментов времени (кривая 5 - для 0,5 мс, кривая 6 - для 0,7 мс, кривая 7 - для

1 мс, кривая 8 - для 1 5 мс, кривая

9 - для 2 мс); на Фиг. 3 приведена зависимость скорости рекристаллизации вольфрама от длительности импульса излучения для фиксированного значения плотности энергии E=700 Дж/см, 2 на фиг. 4 представлена зависимость . скорости рекристаллизации вольфрама от плотности энергии лазерного излучения для фиксированной длительности импульса -— -1 мс.

Устройство (см. Фиг. 1) содержит обрабатываемую проволоку 1, оптичес- 1 кий квантовый генератор (лазер) 2, механизм 3 поддува инертного газа и механизм 4 для обеспечения поступа37283 4 тельно-вращательного движения проволоки

Как видно из фиг. 1, происходит резкий нагрев поверхностных слоев вольфрама при больших скоростях нагрева и больших градиентах температуры до половины длительности импульса, во второй половине происходит уменьшение скорости нагрева и перераспре-. деление температуры по глубине.

Как видно из графиков на фиг. 3 и 4, скорость рекристаллизации увеличивается при увеличении времени м длительности импульса для определен— ной плотности энергии и уменьшается с ростом плотности энергии для определенного времени длительности импульса.

2р При превышении плотности энергии импульсного лазерного излучения

Е ) 1„25 Еп наблюдается испарение и возникновение локальных дефектов на поверхности материала. Нижнее граничное значение 1,1 Fan получено, исходя из теоретических и экспериментальных исследований. При плотности энергии Е (1,1 Еan не достигается проплавления материала на достаточ ную глубину.

Верхнее граничное значение 0,85 в соотношении (1) выбрано, исходя из экспериментальных исследований, чтобы в результате лазерного воздейст35 вия получить непрерывную проплавленную дорожку. Нижнее граничное значение 0,6 получено, исходя из теоретических и экспериментальных исследований. При уменьшении этого значе40 ния происходит непродуктивное облучение с частичным испарением.

При удовлетворении всех указанных требований происходит равномерное плавление поверхностного слоя обра45 батываемой проволоки со скоростью ре-. кристаллизации расплава, необходимой для получения монокристаллического слоя на поверхности.

gg Пример конкретного исполнения.

Производилась обработка вольфрамовой проволоки радиусом г=1 мм при использовании лазерного луча диаметром d=0,2 мм и частотой следования импульсов ) =100 с режимом облучения, ,„=1 мс, Е=700 Дж/см2.

Пороговая энергия плавления для данной длительности импульса Е „ составляет 595 Дж/см2.

При вращении проволоки пятно диаметром 0,2 мм при частоте следования импульсов 3 =100 Гц и частоте вращения f=2 об/с за интервал времени между двумя импульсами перемещается на расстояние 0,11 мм, что .составляет приблизительно й/2.

При выполнении данных условий и

Л

6ц =1 мс скорость рекристаллизации поверхностного слоя составляла U„l,-=

=6 см/с, что обеспечивало получение монокристаллического слоя на поверхности материала. Инертный газ продувался в зону обработки под давлением

8000 Па с целью исключения окисления ,обрабатываемого материала.

5

17372

Частота вращения проволоки f вы»

l биралась из соотношения (1) в пределах от 1,94 до 2,75 o6/ñ.

При данной частоте вращения проволоки, учитывая, что d=0,2 мм и прово-

5 лока за один оборот должна продвинуться не более, чем на величину d,ñêî" рость поступательного движения проволоки должна находиться в пределах

0,39-0,55 мм/с.

В нашем случае перекрытие составляет 0,5 и f=2 об/с, скорость поступательного движения проволоки равна

:0,36 мм/с, а для соотношения 1,94а

6 f 2,75 скорость поступательного движения проволоки находится в преде- . лах 0,35-0,51 мм/с.

0,60 с

rRe E„„24.r f — - — — 0 85

У У пороговая плотность энергии плавления поверхности проволоки, Дж/см ; радиус проволоки, см; частота вращения проволоки, об/.с; частота следования импульсов, Гц; диаметр лазерного луча, см.

83 6

Формула изобретения

Способ стабилизации высокотемпературных проволочных термопреобразователей, заключающийся в рекристаллизационном отжиге протягиваемой проволОки, о т л и ч à e ul и и с я тем, что, с целью повышения стабиль-. ности метрологических характеристик термопреобразователей, рекристаллизационный отжиг осуществляют воздей- ствием на проволоку импульсов лазерного излучения миллисекундной длительности с подачей в зону облучения инертного газа и при протягивании осуществляют вращательное движение проволоки, при этом плотность энергии лазерного излучения выбирают равной (1, l0-1,25)Ед„, а частоту вращения . проволоки и частоту следования импульсов выбирают в соответствии с соотношением:

1737283

ЛОО

4ХО

3УОО

ЯООО

ЛО

ЗОО

ЯО

ИО ца

80 за

Фиг. 2

1f

9

7 б

4

Л

1737283

9 д

6

5 ф

1

70Р 710 7Я 7Я 740 750 7Е

Е (Дм/с)

Составитель В. Голубев

Редактор Т.Лошкарева Техред А.Кравчук " Корректор С.Шекмар

Заказ 1884 Тираж и

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101