[1]Изобретение относится к технологии изготовления термочувствительных кабелей-датчиков с металлическими оболочками и электродами, применяемых для контроля температуры в аварийных системах авиации и для контроля и защиты различных силовых установок промышленных предприятий.
[2]При производстве кабелей-датчиков с металлическими оболочками и жилами применяется способ, заключающийся в изготовлении заготовки путем размещения металлических жил внутри металлической оболочки, заполнении пространства между ними поликристаллическим полупроводниковым оксидным наполнителем и последующем многократном волочении заготовки с промежуточными отжигами [Сучков В.Ф. и др. Жаростойкие кабели с минеральной изоляцией / Энергоатомиздат, 1984, 120 с.]. Этап изготовления заготовки состоит из закрепления в вертикальном положении 1-2 метровой металлической трубы и фиксации в ней коаксиально расположенных жил-электродов. Затем в заготовку насыпается порциями поликристаллический наполнитель и после каждой засыпки вручную осуществляется прессование штоком с отверстиями для жил-электродов. Шток скользит вертикально по жилам-электродам и стенке трубы, прессуя наполнитель. На этом этапе прессования обеспечивается механическая фиксация и коаксиальность жил-электродов по отношению к внешней оболочке. Дальнейшее (основное) прессование наполнителя осуществляется при протяжке (волочении) заготовки через отверстия фильер с последовательно уменьшающимися значениями диаметров отверстий. При волочении на первой стадии обжимается оболочка и происходит уплотнение наполнителя, на второй стадии происходит процесс волочения конструкции заготовки в целом - происходит пропорциональное уменьшение диаметров внешней оболочки и жил-электродов с одновременным их удлинением. Так при исходном внешнем диаметре заготовки 10 мм и длине 1-2 м получают конечные размеры внешнего диаметра 1,5-2 мм и длины 10-15 м. Такой способ обеспечивает прессование наполнителя только за счет механического обжатия заготовки в фильерах.
[3]Однако наполнители термочувствительных кабелей-датчиков, изготовленных таким способом, обладают значительной пористостью, что обуславливает разброс электросопротивлений как по длине датчика, так и общего сопротивления (до 25%). Разброс еще больше увеличивается в случае применения композиционных наполнителей, представляющих механические смеси различных полупроводниковых фаз [Авторское св-во№1268543, опубл. 07.11.1986; Авторское св-во №1608165, опубл. 23.11.1990].
[4]Ближайшим аналогом (прототипом) настоящего изобретения, по мнению заявителя, является способ изготовления жаростойкого кабеля-датчика, известный из документа [Авторское св-во №1072109, опубл. 07.02.1984], в котором исходным наполнителем кабеля-датчика являются гидроксиды тугоплавких металлов, насыщенные водным раствором азотнокислого церия. Согласно такому способу наполнитель помещают в заготовку и перед первым циклом волочения производят термообработку заготовки для дегидратации воды и образования безводной оксидной фазы, которая при дальнейших термообработках не меняет своего состава. Далее осуществляется многократное волочение заготовки с периодическими отжигами в интервале температур 600-1100°C. В ближайшем аналоге улучшение качества кабеля-датчика происходит за счет повышения однородности состава наполнителя, что достигается заменой операции вертикальной механической опрессовки автоматической опрессовкой жилы-электрода на прессах-автоматах гидроокисью с последующим дегидрированием при термообработке перед прохождением фильер. Таким образом, в процессе изготовления кабеля-датчика происходит изменение состава с уменьшением массы наполнителя до операции волочения заготовки. При этом появления дополнительных фаз полупроводниковых оксидов не происходит. Прессование осуществляется только в процессе волочения в две стадии.
[5]Технический результат настоящего изобретения заключается в увеличении поверхности контактов между поликристаллами наполнителя, повышении плотности вследствие уменьшения пористости за счет появления дополнительных поликристаллов, что соответственно увеличивает однородность электрофизических характеристик наполнителей кабелей-датчиков и уменьшает долю брака, возникающего при значительных отклонениях электрофизических характеристик от заданных.
[6]Технический результат достигается способом изготовления термочувствительных кабелей-датчиков с полупроводниковыми оксидными наполнителями, который включает заполнение коаксиальной металлической заготовки поликристаллическими наполнителями, холодное механическое прессование, многократное волочение заготовки через ряд фильер с периодическими термообработками, при этом в качестве наполнителя используются оксидные фазы твердых растворов или сложных оксидов, способных распадаться при технологических термообработках с увеличением числа поликристаллов.
[7]За счет осуществления предлагаемого способа одновременно увеличивается площадь контактов между поликристаллами и уменьшается пористость наполнителя, тем самым увеличивается воспроизводимость электрофизических характеристик кабелей-датчиков.
[8]Таким образом, отличие и преимущество предлагаемого способа от известных заключается в дополнительном прессовании наполнителя и уменьшении его пористости с увеличением площади контактов поликристаллов за счет распада соединений или твердых растворов при термообработках в процессе волочения. Это позволяет сократить первую и вторую стадии волочения при двухкратном увеличении фаз в результате процесса распада и уплотнения наполнителя не только от сжатия внешней оболочки, но и внутреннего прессования наполнителя при появлении новых фаз.
[9]В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения наполнитель представляет собой твердый раствор ZnO-NiO, или твердый раствор SnO2-TiO2, или двойной оксид LaNiO3, или двойной оксид CuAl2O4.
[10]Температурный интервал отжигов-термообработок 700-1200°C определяется как условиями распада исходных оксидных фаз, так и маркой жаропрочной стали оболочек и жил-электродов. Так, если это сталь 1Х18Н10Т, то температурный интервал термообработок составляет 800-1100°C, и под этот интервал выбирается соответствующий состав твердого раствора или двойной оксид, распадающиеся на несколько фаз в этих условиях.
[11]Повышение плотности наполнителя упрочняет его коаксиальность (закрепление жил-электродов внутри оболочек) и предотвращает возможность короткого замыкания между жилами-электродами и оболочками при изгибах.
[12]Предлагаемый способ обеспечивает совмещение операций формирования конечного состава наполнителя и стадий волочение-отжиг при изготовлении кабеля-датчика.
[13]В предлагаемом способе (в отличие от прототипа) изменение состава и уплотнение наполнителя происходит не при предварительной дегидратации, а в результате твердофазных реакций распада твердых растворов или сложных оксидов, протекающих при технологических термообработках - отжигах заготовок, что обеспечивает увеличения поверхности контактов поликристаллов и дополнительное прессование (уплотнение наполнителя) в процессе волочения.
[14]Согласно известным в уровне техники техническим решениям термообработки при 700-1000°C на воздухе или в инертной атмосфере (аргоне) проводились исключительно с целью придания пластичности (снятия напряжения) с металлических компонентов заготовок для предотвращения их обрывов при протяжке через уменьшающиеся в диаметре фильеры.
[15]Увеличение числа поликристаллов и площадей их контактов при применении в качестве исходного наполнителя твердых растворов ZnO-NiO происходит по реакции:
[16]
[17]При этом кубическая фаза исходного твердого раствора при термообработках 700-900°C на воздухе распадается на две фазы твердых растворов с вюрцитной и кубической структурами.
[18]Процесс распада твердых растворов SnO2-TiO2 также протекает с образованием новых фаз твердых растворов с измененным соотношением оксид олова/оксид титана:
[19]
[20]Распад двойных оксидов LaNiO3 и CuAl2O4 при термообработках на воздухе при 900-1100°C протекает по реакциям:
[21]
[22]4CuAl2O4=2Cu2Al2O4+2Al2O3
[23]Полученные в результате распада фазы Ni1-yZnyO, Ni1-zZnzO, SnxTi1-yO2, SnyTi1-yO2, La2NiO4, Cu2Al2O4, также как и исходные, являются оксидными полупроводниками.
[24]Пористость поликристаллического наполнителя после термообработок с проведением процессов распада оксидных фаз уменьшается на 25-40%.
[25]Предложенный способ по сравнению с ближайшим аналогом позволяет увеличить однородность электросопротивления. Повышение однородности электросопротивления по длине кабеля-датчика уменьшает разброс параметров по величинам удельного объемного электросопротивления и коэффициенту температурной чувствительности до 10%.
