一体复合氮化硅电极的制作方法

本实用新型涉及工业用锅炉水位测量用电极领域，特别涉及以一种工业用锅炉水位测量用一体复合氮化硅电极。

背景技术：

锅炉汽包水位测量使用的仪表通常为电极芯导电式水位计，电极芯式水位计一般测量点位17-19个，个别测量点位有23-27个，其测量原理为：利用炉水和蒸汽的导电率差异的特性进行测量，由于液位的变化使部分电极芯浸入水中，部分电极芯置于蒸汽中，在炉水中的电极芯对筒体阻抗小，而在蒸汽中的电极芯对筒体的阻抗大，利用这一特性，可将非电量的水位转化为电量，送给智能二次仪表，从而实现水位的显示、报警输出等功能。

国内大量使用的电极芯导电式水位计是复合氧化铝陶瓷(al2o3-99％)与镍合金焊接而成，金属承受机械预紧压力，复合氧化铝陶瓷承受外压及高温蒸汽冲刷和化学腐蚀。

电极芯导电式水位计存在以下问题：①锅炉的汽水混合物ph＝9.0-9.5，个别超标或偏大ph＝10左右，使得电极芯在碱性溶液中腐蚀比较快；②电极芯绝缘体及焊接部位容易结垢而污染，绝缘性能下降；③电极芯的复合氧化铝陶瓷不断承受高温蒸汽(300-350℃)的冲刷，促使复合氧化铝陶瓷腐蚀加快，这使得电极芯式水位计容易出现泄漏、维护周期短等安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种复合氮化硅陶瓷电极，利用压盖和螺母对电极进行机械预紧定型密封，绝缘套采用氮化硅陶瓷(si3n4)材质，提高电极的绝缘特性及耐腐蚀性。

本实用新型的另一个目的是提供一种复合氮化硅陶瓷电极，对氮化硅陶瓷(si3n4)材质绝缘套的表面进行精磨加工处理，防止电极结垢。

本实用新型的另一个目的是提供一种复合氮化硅陶瓷电极，对绝缘套、电极芯、石墨环进行冷压密封、高温固化处理，提高电极的密封性能。

本实用新型提供的技术方案为：

一体复合氮化硅电极，包括：绝缘套，沿其长度方向的两端对称布设两个轴肩，两个所述轴肩由中心通孔连通；其中，所述绝缘套为氮化硅陶瓷材质；

石墨环，其分别布设在两个所述轴肩内；其中，所述石墨环的内环孔与所述中心通孔内径相同；

探针芯，包括芯体、其两端的连接端和探测端，所述连接端通过石墨环和中心通孔直至探测端抵靠在绝缘套一端，所述连接端伸出至绝缘套另一端外部；

其中，所述连接端布设外螺纹；

压盖和螺母，所述压盖穿过所述连接端抵靠在绝缘套上，所述螺母旋入连接端外螺纹直至抵靠在压盖上，用于固定绝缘套和探针芯。

优选的是，所述绝缘套表面经精磨加工处理。

优选的是，还包括：座圈，其布设在轴肩内，用于密封绝缘套和探针芯。

优选的是，所述探针芯为耐腐不锈钢材质。

优选的是，所述探针芯与石墨环、座圈与绝缘套经冷压密封、高温固化成一体。

优选的是，所述石墨环采用98％纯度的柔性石墨带。

本用新型的有益效果为：1、在高温高压运行状态下，比现有电极寿命延长5倍以上，提高锅炉安全稳定运行，并且解放出大量人力物力；2、表面经精磨加工处理氮化硅陶瓷绝缘套是集合机械承压、防化学腐蚀、蒸汽冲刷功能于一体，彻底解决电极容易污染而需要人工操作冲洗环节；3、一体复合氮化硅陶瓷电极通过冷压、高温固化、机械预紧成型等工艺复合成一体，绝缘套没有金陶焊接工艺，可以消除机械振动以及焊接应力对陶瓷电极的影响；4、一体复合氮化硅陶瓷电极采用自密封结构，压力越高密封性能越好。

附图说明

图1为本实用新型所述的一体复合氮化硅陶瓷电极的剖视图。

图2为本实用新型所述的一体复合氮化硅陶瓷电极的三维图。

附图说明：1、探针芯，2、螺母，3、压盖，4、石墨环，5、绝缘套，

6、垫圈，连接端11，探测端12，芯体13。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1和2所示，本实用新型提供了一种一体复合氮化硅电极，包括探针芯1、螺母2、压盖3、石墨环4、绝缘套5、垫圈6。

绝缘套5为圆柱体结构，沿其长度方向的两端对称布设两个轴肩，两个轴肩由中心通孔连通，用于保护探针芯1；其中，绝缘套5为复合氮化硅陶瓷(si3n4)，纯度92％以上，通过气压烧结法制备而成，具有如下优点：①具有纯度高、强度高、低密度、耐高温和抗冲击性等性质；②极耐高温，强度一直可以维持到1300℃的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到1900℃才会分解，并有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无机酸和30％以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀；③同时又是一种高性能电绝缘材料。

该材料特性如下：

通过对比可以看到，复合氮化硅陶瓷(si3n4)材料的物理性能和耐腐蚀性能都优于复合氧化铝陶瓷(al2o3-99％)。在锅炉汽包汽水混合物的极限恶劣环境下，复合氮化硅陶瓷完全能够满足使用条件。

石墨环4为圆环形结构，石墨环4的内环孔与中心通孔内径相同，2个石墨环4分别布设在绝缘套5的两个轴肩内，其内环孔与中心通孔形成容纳探针芯1的空腔，通过预紧压力使石墨环4与探针芯1、绝缘套5紧密配合。所述石墨环4采用98％纯度的柔性石墨带也叫膨胀石墨带。该石墨环是由低硫膨胀石墨带经卷绕、模压而成，尺寸精确，密度可定，且无任何外加填充剂或粘接剂。具有良好的回弹性，化学稳定性，能提供有效的密封作用。适应于热水、高温、高压蒸汽、热交换液、氮气、有机溶剂、碳氢化合物、低温液体等介质。

探针芯1是检测水位的核心部件，包括芯体13、连接端11和探测端12，芯体13和连接端11均为圆柱体结构，其外径与中心通孔的内径相同，连接端11的外周布设外螺纹，探测端12为凸台结构，其半径大于中心通孔内径。探针芯1的安装：芯体13与连接端11通过石墨环4和中心通孔直至探测端12抵靠在绝缘套5一端，连接端11伸出至绝缘套5另一端外，此时绝缘套5对探针芯1起到保护和绝缘的作用，防止探针芯1被腐蚀。

压盖3和螺母2，压盖3具有中心孔，其中心孔与所述连接端11间隙配合，螺母2内周上布设内螺纹。当需要对符合氮化硅电极进行机械预紧成型时，将压盖3穿过连接端11抵靠在绝缘套5上，螺母2旋入连接端11外螺纹上直至抵靠在压盖3上，进一步固定绝缘套5和探针芯1。

本实施例的一体复合氮化硅电极具有如下优点：①绝缘套采用氮化硅陶瓷材料，耐碱腐蚀性非常好，高温抗氧化性非常好；抗冲击力好，震动基本上不会对它有影响；②发明解决了电极采用焊接连接不牢固的缺陷，消除焊接处电腐蚀等工艺缺陷；③使用机械预紧封装成型，能应对极端条件下的密封要求。

在前一实施所示的电极结构的基础上，本实施例的绝缘套5的高纯氮化硅陶瓷表面经过精磨加工而成，粗糙度达到ra0.80，适应长期高温汽水混合物而不挂垢，同时设计成机械承压体，经受机械压力、化学腐蚀、高温蒸汽冲刷于一体，能彻底隔绝污垢影响到电极的绝缘性。

在上述实施所示的电极结构的基础上，本实施例的复合氮化硅电极还包括：座圈6为圆环型结构，采用不锈钢材质，2个座圈6分别放置在绝缘套的轴肩内，用于增强绝缘套5和探针芯1之间的密封性，防止探针芯1被腐蚀。

在上述实施例的基础上，本实施例的探针芯1为耐腐不锈钢材质，不易被腐蚀，延长电极的寿命，耐腐蚀不锈钢优选0cr17ni12mo2(ss316)或者0cr18ni9(ss304)。

在上述实施例的基础上，芯体13与连接端11通过石墨环4和中心通孔直至探测端12抵靠在绝缘套5一端，连接端11伸出至绝缘套5另一端外，时，首先经冷压密封、高温固化成一体复合结构，再用压盖3和螺母2机械预紧定型，达到高压密封的目的。具有如下优点：①在高温下也不会形变，可以长期用于高压高温的环境，并且密封结构及高温定型手段，使密封性能随压力和温度的升高而提高；②机械强度特性，使其承受内、外机械压力，设计而成的一体成型电极，结构紧凑、密封优良。

在上述实施例的基础上，石墨环采用98％纯度的柔性石墨带也叫膨胀石墨带。该石墨环是由低硫膨胀石墨带经卷绕、模压而成，尺寸精确，密度可定，且无任何外加填充剂或粘接剂。具有良好的回弹性，化学稳定性，能提供有效的密封作用。适应于热水、高温、高压蒸汽、热交换液、氮气、有机溶剂、碳氢化合物、低温液体等介质。

本用新型的有益效果为：1、在高温高压运行状态下，比现有电极寿命延长5倍以上，提高锅炉安全稳定运行，并且解放出大量人力物力；2、表面经精磨加工处理氮化硅陶瓷绝缘套是集合机械承压、防化学腐蚀、蒸汽冲刷功能于一体，彻底解决电极容易污染而需要人工操作冲洗环节；3、一体复合氮化硅陶瓷电极通过冷压、高温固化、机械预紧成型等工艺复合成一体，绝缘套没有金陶焊接工艺，可以消除机械振动以及焊接应力对陶瓷电极的影响；4、一体复合氮化硅陶瓷电极采用自密封结构，压力越高密封性能越好。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。