铂系热电偶的制作方法
【专利摘要】本发明提出了具有与以往同等的温度特性、在处理时或使用时不会发生丝线断线的S热电偶(Pt/Pt-10％Rh合金)或R热电偶(Pt/Pt-13％Rh合金)等Pt/Pt-Rh系热电偶。本发明为一种Pt/Pt-Rh合金的Pt-PtRh系热电偶，其特征在于，Pt丝的Pt纯度为5N以上，Pt丝中分散有氧化物。该本发明所涉及的热电偶的Pt丝中优选以Zr换算分散有0.02质量％～0.5质量％的Zr氧化物。
【专利说明】铂系热电偶
【技术领域】
[0001]本发明涉及由Pt/Pt-Rh合金构成的Pt-PtRh系热电偶。
【背景技术】
[0002]工业界使用最多的温度传感器是热电偶。这种作为温度传感器的热电偶的代表性示例已知有S热电偶(Pt/Pt-10% Rh合金)、R热电偶(Pt/Pt-13% Rh合金)等这样的Pt-PtRh系热电偶。
[0003]在该Pt-PtRh系热电偶中，通常使用尽量去除了杂质的高纯度的钼(5N以上)作为Pt丝。另一方面，在配对的正极(+)侧使用Pt-Rh合金。因此，当使用中或处理时热电偶发生断线时，几乎都发生在强度较弱的Pt丝侧。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开平7-270251号公报
[0007]专利文献2:日本特开平8-136357号公报
【发明内容】
[0008]发明所要解决的问题
[0009]本发明是基于上述情况而完成的，其目的在于提出具有与以往同等的温度特性、在处理时或使用时不会发生丝线断线的Pt-PtRh系热电偶。
[0010]用于解决问题的方法
[0011]本发明人针对Pt-PtRh系热电偶对于提高其丝线的强度的方法进行了深入研究，结果发现:与预想相反，若使用微细分散有氧化物的Pt作为Pt丝，则能够在维持Pt的温度特性的状态下提高Pt丝的强度，从而想到了本发明。
[0012]本发明的特征在于，在Pt/Pt-Rh合金的Pt-PtRh系热电偶中，Pt丝的Pt纯度为5N以上，Pt丝中分散有氧化物。
[0013]通常为了增加高纯度Pt的强度而形成Pt与其他金属的合金，但从金属学上来看，已知若在高纯度的Pt中混入其他金属元素，则会降低热电动势值(参见非专利文献I)。因此，从增强热电偶丝的观点出发，完全没有考虑过混入其他金属。然而，根据本发明人的研究发现:若使其他金属不以金属自身的形式而以氧化物的形式微细地分散在高纯度的Pt中，则在热电动势值几乎不会降低的状态下仅使强度得到提高。另外，在本发明的Pt-PtRh系热电偶中，在Pt丝侧分散有氧化物，但对于正极(+)的Pt-Rh合金丝则不需要调整其Rh浓度。并且，本发明的Pt/Pt-Rh系热电偶的热电动势能够实现一级(Classl)的水平。
[0014](非专利文献 I) John Cochrane, “Relationship of chemical composition tothe electrical properties of platinum，，Temperature Its Measurement and Controlin Science and Industry, Vol.4(1972)pp.1619-1632
[0015]本发明所涉及的Pt-PtRh系热电偶中的Pt丝的温度系数(TCR)与单独的Pt时为同等水平，且其蠕变强度高，因此Pt丝不易产生断线，能够实现与现有的Pt-PtRh系热电偶同等的温度特性。
[0016]本发明所涉及的Pt-PtRh系热电偶优选Pt丝中以Zr换算分散有0.02?0.5质量％的21.氧化物。若为这样的Pt丝，则(TC?100°C下的温度系数(TCR)为3919ppm/°C?3925ppm/°C，蠕变强度达到在1400°C、IOMPa?20MPa的范围内具有100小时以上的断裂强度。若Zr氧化物以Zr换算小于0.02质量％，则高温蠕变强度提高不充分，若Zr氧化物超过0.5质量％，则塑性加工性降低，难以拉丝加工至用作热电偶的形状。
[0017]本发明所涉及的Pt-PtRh系热电偶中的Pt丝可以按照如下方式实现。准备纯度5N以上的Pt作为起始原料，重要的是不要混入除了要微细分散的氧化物以外的杂质，具体而言，将5N的Pt原料高频熔解，铸造后进行锻造和拉丝而形成线状的Pt。使用该线状的Pt利用火焰喷枪、电弧喷枪等在水中进行雾化，制作成Pt粉。将该Pt粉末投入至氧化锆制罐中，还投入作为介质的氧化锆球和纯水，利用具有强化钼制搅拌器的研磨机进行搅拌处理。然后分离Pt粉末和氧化锆球。将分离出的Pt粉在惰性气氛中进行高温烧结处理后，对烧结体进行热锻、拉丝处理，制造出规定形状的Pt丝，由此能够实现本发明所涉及的Pt-PtRh系热电偶的Pt丝。
[0018]发明效果
[0019]根据本发明，能够实现具有与以往同等的温度特性、在处理时或使用时不会发生Pt丝断线的Pt-PtRh系热电偶。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是表示蠕变试验结果的曲线图。
[0021]图2是表示热电动势的测定结果的曲线图。
[0022]图3是表示对热电偶的长期稳定性进行测定的结果的曲线图。
【具体实施方式】
[0023]以下对于本发明的实施方式进行说明。本实施方式中对制作R热电偶(Pt/Pt-13%Rh合金)的情况进行解释说明。
[0024]本实施方式中的热电偶的Pt丝按照如下方式制造。首先，将海绵状的高纯度Pt (纯度5N:99.999% Pt)原料投入氧化铝坩埚中，在大气气氛中进行高频熔解。然后，利用水冷铜铸模进行铸造，对铸锭进行热锻，由此成形为棒状。利用带槽轧辊对该成形为棒状的锻造物进行拉丝加工，从而制作成Φ 1.37mm的Pt线。另外,一部分拉丝至Φ0.5mm,用作比较对照的材料。对于该Pt线的特性，以后述的图2中的原始纯Pt (Original Pure Pt)以及表I和图3中的纯Pt表示。对于+侧的Pt-13% Rh，制作成通常的商用品(满足JISC1602_1995的规格的丝线)，对于本次所示的电动势测定例，测定的对引脚全部使用相同的物质。
[0025]接着，使用Φ 1.37mm的Pt线和火焰喷枪，在水中进行雾化，制作成Pt粉末。然后，将该Pt粉末4000g投入至容量为5L的氧化锆制罐中，进而将Φ 5mm的氧化锆球7kg和纯水1.2L也投入至氧化锆制罐中，利用强化钼制的搅拌器(搅拌棒的轴、叶片均为强化钼制)以200rpm的转速进行8小时搅拌处理。然后，分离Pt粉末和氧化锆球并进行干燥。称量该搅拌处理后的Pt粉末，结果为4004g。
[0026]接着，将该4004g的Pt粉末投入至四棱柱型的碳盒容器(容积为40mmX40mmX 140mm)内，利用高温真空炉在Ar气氛中在1300°C下进行3小时的烧结处理。将所得到的烧结体热锻成棒状，利用带槽轧辊对该棒状锻造物进行拉丝加工，制作成Φ0.5mm的Pt线。然后，对该Φ0.5mm的Pt线以14A进行3小时的通电退火(相当于温度为1700°C以上的退火)，从而制作成热电偶的Pt丝(分散有锆氧化物的Pt丝)。
[0027]对于所制作的分散有锆氧化物的Pt丝(以下称为ODS材料)，对作为其纯度的指标的电阻温度系数进行了测定，结果发现:在搅拌处理前的海绵状的高纯度Pt原料的情况下为3922ppm/°C，而所制作的ODS材料在O~100°C的温度范围内为3919ppm/°C~3925ppm/°C，具有大致同等的温度特性。
[0028]另外确认到:对于判断可否满足作为1990年国际温标的标准用钼电阻温度计的条件的W(Ga)值，原来的高纯度Pt线为1.11800~1.11809，与此相对，本ODS材料为
1.11780~1.11802，虽然可见略微的降低，但在电气方面为充分的纯度。
[0029]将所制作的ODS材料的蠕变试验结果示于图1。图1示出了本次的ODS材料在1400°C的初始应力与断裂时间的关系。直线是作为比较对照对现有的氧化物弥散强化Pt (商品名GTH:田中贵金属工业株式会社制)进行测定的结果(出自K.Maruyama, H.Yamasaki,T.Hamada,Materials Science and Engineering A510-511 (2009)p.p.312-316, High-temperature creep of GTH),本次的测定结果以〇表示。能够确认所制作的ODS材料具有与现有的氧化物弥散强化Pt (GTH)同等以上的强度。
[0030]将所制作的ODS材料和按照通常标准使用的Pt-13 % Rh合金丝(正极(+))放入绝缘管中并接合，由此制作成R热电偶。
[0031]表1中示出了对所制作的ODS材料的热电动势进行测定的结果。该热电动势的测定如下进行:以14A(132V)的电流(相当于约1710°C的温度)对ODS材料(Φ0.5πιπιΧ3πι)进行3小时通电加热退火后，与Pt-13% Rh组合而制作成热电偶,测定在Sn、Zn、Al、Ag、Au、Pd的各温度定点的热电动势。图2中将表1的结果表现为曲线图，以横轴为测定温度、纵轴为与JIS(IEC)标准的偏差进行作图。图2中的原始纯Pt是从本ODS材料的制作工序的过程中裁取的比较对照材料，通过与通常的商业用途热电偶所使用的工序相同的工序制作而成。另外，作为对引脚的Pt-13% Rh使用相同的丝线进行测定。
[0032] 由图2可知:本ODS材料与原来的高纯度Pt相比热电动势略微降低，但全部为JIS(IEC)标准中的一级标准内的值，是实用上完全没有问题的结果。
[0033]表1
【权利要求】
1.一种Pt-PtRh系热电偶，其为Pt/Pt-Rh合金的Pt-PtRh系热电偶，其特征在于，Pt丝的Pt纯度为5N以上，Pt丝中分散有氧化物。
2.如权利要求1所述的Pt-PtRh系热电偶，其中，Pt丝中以Zr换算分散有0.02质量％?0.5质量％的Zr氧化物。
【文档编号】G01K7/02GK103930756SQ201280055500
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年11月5日 优先权日:2011年11月11日
【发明者】山嵜春树, 滨田登喜夫, 儿玉武臣 申请人:田中贵金属工业株式会社