ZrB2基陶瓷材料電學性能及其熱電偶元件的研究.pdf

1、本文以ZrB2基材料為對象,研究了其電學性能,并研究了用ZrB2基材料制備的熱電偶在測溫過程中的性能,希望能夠克服傳統(tǒng)接觸測溫方法測溫范圍低,非接觸測溫方法精度低的缺點。
　　目前傳統(tǒng)的測溫方法存在一些難以克服的問題,使得在更加苛刻和測溫精度要求更高的情況下難以滿足使用需求。比如傳統(tǒng)的電阻式測溫方法受到其自身材料熔點低,高溫下的氧化腐蝕等的影響,使其難以使用到1000℃以上。熱電偶測溫方法受到自身材料性質的限制,難以在1600℃溫

2、度以上的氧化性氣氛中使用。非接觸測溫方法,具有比接觸式測溫方法高的多的測溫范圍(可達3500℃),但其測溫精度相對較低。
　　ZrB2材料具有高熔點、高硬度、高穩(wěn)定性、導熱性和對熔融金屬和爐渣的良好的抗腐蝕性等優(yōu)異性能,具有應用于極端環(huán)境的潛力。而ZrB2基材料還具有優(yōu)異的電學性能,有望用作高溫熱電偶材料。因此希望通過進一步的研究以加深對ZrB2基材料的電學性能的認識,并通過制備熱電偶來研究ZrB2基材料在測溫時的性能。
　

3、　本文中研究了不同組分的ZrB2基材料的電學性能,系統(tǒng)研究了組分和顆粒大小對其導電率的影響。實驗證明:對于ZS10,ZS20,ZS30來說,其電阻率隨著其中SiC含量的增加而增大。對于10G,15G,20G來說,其電阻率隨著石墨含量的增加而增大,并且隨著石墨含量的增加,電阻率溫度系數的增大幅度增大。相同的溫度下,不同組分材料的電阻率的變化與其中含有的ZrB2的體積分數成反比,電阻率隨著ZrB2材料體積分數的增大而減小。材料的電阻率的變化

4、由其中的ZrB2含量來決定的。與微米ZS20材料相比,納米ZS20材料的電阻率和電阻率溫度系數都明顯更大。
　　實驗中選取了15G和ZS20材料分別作為熱電偶的正負極,并對制備的熱電偶的熱電勢溫度關系進行了測定。實驗結果表明在不同測試次數下,熱電偶的熱電勢溫度曲線具有良好的重現(xiàn)性,尤其是在1000℃以上溫度區(qū)間;同樣,在升溫和降溫過程中的熱電勢-溫度關系也具有良好的重現(xiàn)性。通過氧乙炔加熱的方式為熱電偶的熱端提供了更高的溫度,利用這

5、種方法對熱電偶在2000℃以下溫度進行了溫度熱電勢關系的測試。結果顯示,用氧乙炔加熱來為熱電偶提供熱端溫度時得到的熱電勢溫度曲線與用馬弗爐加熱時得到的曲線具有相同的變化趨勢。
　　采用熱重-差熱分析的方法研究了材料在室溫到1300℃的范圍內ZS20和15G材料隨溫度的變化情況。對材料在不同溫度下的氧化狀態(tài)進行了分析,研究表明材料形成的氧化膜至少可以在氧化性氣氛中保護材料至1600℃。材料氧化后的產物本身不導電,且對未氧化部分材料的