高温合成技术

1、高温合成技术高温合成技术人类能制造最高、最低温度是多少？有极限吗？人类能制造最高、最低温度是多少？有极限吗？高温：高温： 目前人类制造的最高温度是目前人类制造的最高温度是5 5亿亿1 1千万度千万度。 这个温度是在这个温度是在19941994年年5 5月月2727日，由美国新泽西州普林斯顿等粒子物理实验室，利用氘日，由美国新泽西州普林斯顿等粒子物理实验室，利用氘和氚等离子混合体在托克马克核聚变反应堆中创造的。和氚等离子混合体在托克马克核聚变反应堆中创造的。 我国的我国的“人造太阳人造太阳”核聚变实验装置创下了核聚变实验装置创下了55005500万度的国内最万度的国内最高温度记录。高温度记录。低

2、温低温: : 绝对零度绝对零度以目前的观点，认以目前的观点，认为温度只有下限，为温度只有下限，没有上限没有上限!获得高温，需要一些符合不同要求的产生高温的设备获得高温，需要一些符合不同要求的产生高温的设备和手段：和手段：高温电阻炉高温电阻炉最常用！最常用！想一下可以获得高想一下可以获得高温的方式有哪些？温的方式有哪些？一般获得高温的设备为高温炉一般获得高温的设备为高温炉 工业窑炉：火焰炉、电炉工业窑炉：火焰炉、电炉 实验室用炉：电炉实验室用炉：电炉电炉分类：电炉分类： （1 1）电阻炉）电阻炉 （2 2）感应炉）感应炉 （3 3）电弧炉）电弧炉（4 4）等离子炉）等离子炉 （5 5）电子束炉）

3、电子束炉 (6) (6) 微波炉微波炉电阻炉：电阻炉： 当电流流过导体，因为导体存在电阻，于是产生焦耳热，就当电流流过导体，因为导体存在电阻，于是产生焦耳热，就成为电阻炉的热源。是最常用的加热炉，它的优点是设备简单，使用成为电阻炉的热源。是最常用的加热炉，它的优点是设备简单，使用方便，温度可精确地控制在很窄的范围内。应用不同的方便，温度可精确地控制在很窄的范围内。应用不同的电阻发热材料电阻发热材料可以达到不同的高温限度。可以达到不同的高温限度。炉内工作室的温度应将稍低于最高使用温度。炉内工作室的温度应将稍低于最高使用温度。电热体电热体热电偶热电偶电阻发热材料（电热体）：电阻发热材料（电热体）：

4、 是电阻炉的发热元件。是电阻炉的发热元件。耐高温耐高温适宜电阻率适宜电阻率什么材料可以作为什么材料可以作为电热体材料？电热体材料？ W=I W=I2 2RtRt=RS/L=RS/L使用温度范围、最高使用温度使用温度范围、最高使用温度使用气氛（与气体反应、抗氧化性、真空蒸汽压）使用气氛（与气体反应、抗氧化性、真空蒸汽压）与什么物质发生反应（高温下不能与其它物质接触）与什么物质发生反应（高温下不能与其它物质接触）电阻率的大小、电阻率随温度变化的情况电阻率的大小、电阻率随温度变化的情况使用寿命（高温挥发、脆化、老化现象）使用寿命（高温挥发、脆化、老化现象）热膨胀系数（抗热震性）热膨胀系数（抗热震性）

5、加工性加工性经济因素经济因素导热性能导热性能如何选择加热体？如何选择加热体？ 感应炉利用物料的感应电热效应而使物料加热或熔感应炉利用物料的感应电热效应而使物料加热或熔化的电炉。化的电炉。 感应圈感应圈 加交流电压加交流电压 交变的电磁场交变的电磁场 导电的物料导电的物料 在产生涡流在产生涡流 电阻发热电阻发热若物料不导电，则需通过导电发热体间接加热若物料不导电，则需通过导电发热体间接加热趋肤效应趋肤效应电弧炉：利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电炉。电弧炉：利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电炉。按加热方式分为三种类型按加热方式分为三种类型: :间接加热电弧炉间接加热电弧炉：热辐射加热物料。：

6、热辐射加热物料。直接加热电弧炉：直接加热电弧炉：直接加热物料。直接加热物料。埋弧电炉：埋弧电炉：电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料。身的电阻发热加热物料。 气体电离气体电离和和电子发射电子发射是电是电弧中最基本的物理现象弧中最基本的物理现象电弧炉常用于：熔炼金属，如钛、锆等，电弧炉常用于：熔炼金属，如钛、锆等，制备高熔点化合物，如碳化物、硼化物以及低价的氧化物等制备高熔点化合物，如碳化物、硼化物以及低价的氧化物等电弧炉炼钢电弧炉炼钢等离子体定义为：正离子和电子的密度大致相等的电离等离子体定义为：正离子和电子的密度大致

7、相等的电离气体。气体。 等离子炉：利用工作气体被电离时产生的等离子体来进等离子炉：利用工作气体被电离时产生的等离子体来进行加热或熔炼的电炉行加热或熔炼的电炉，简称，简称PAFPAF。气体放电法气体放电法 与普通电弧炉相比：与普通电弧炉相比：用等离子体发生器用等离子体发生器( (即等离子即等离子枪枪) )代替石墨电极，代替石墨电极，其主要特点是电弧温度高，气氛可其主要特点是电弧温度高，气氛可控，适合于冶炼特殊钢，特别是活泼金属及其合金、控，适合于冶炼特殊钢，特别是活泼金属及其合金、难熔金属及其合金。难熔金属及其合金。容量较大的炉子装有多个等离子枪容量较大的炉子装有多个等离子枪电子束炉：用高速电子

8、轰击物料使之加热熔化的电炉。电子束炉：用高速电子轰击物料使之加热熔化的电炉。 在真空炉壳内在真空炉壳内, ,用通低压电的用通低压电的灯丝加热阴极灯丝加热阴极，使之发，使之发射电子，电子束受加速阳极的高压电场的作用而加速运动，射电子，电子束受加速阳极的高压电场的作用而加速运动，轰击位于阳极的金属物料，使电能转变成热能。因为电子轰击位于阳极的金属物料，使电能转变成热能。因为电子束可经束可经电磁聚焦电磁聚焦装置高度密集，所以可在物料受轰击的部装置高度密集，所以可在物料受轰击的部位产生很高的温度。位产生很高的温度。电子束炉用于熔炼特殊钢、难熔和活泼金属。电子束炉用于熔炼特殊钢、难熔和活泼金属。温度不能

9、直接测量温度不能直接测量测温仪表：测温仪表：最常用！最常用！测测温温仪仪表表接接触触式式非非接接触触式式光学高温计（亮度法）（光学高温计（亮度法）（8003200）比色高温计（比色法）（比色高温计（比色法）（503200）辐射高温计（辐射法）（辐射高温计（辐射法）（4002000） 热电阻热电阻（-258900）金属热电阻：铜、铂、镍热电阻金属热电阻：铜、铂、镍热电阻半导体热电阻：锗电阻、碳电阻半导体热电阻：锗电阻、碳电阻氧化物热敏电阻氧化物热敏电阻 热膨胀热膨胀（-200600）玻璃温度计玻璃温度计双金属温度计双金属温度计压力式温度计（气体膨胀）压力式温度计（气体膨胀） 热电偶热电偶（-20

10、01800）铜铜-康铜、镍铬康铜、镍铬-镍硅、镍铬镍硅、镍铬-康铜康铜贵重金属铂铑贵重金属铂铑-铂铂石墨系、硅化物系、碳化物系、硼化物系石墨系、硅化物系、碳化物系、硼化物系钨铼系、钨钼系钨铼系、钨钼系脱出功脱出功 -钨铼热电偶冷端冷端热端热端1.1.体积小，重量轻，结构简单，易于装配维护，使用方便。体积小，重量轻，结构简单，易于装配维护，使用方便。2.2.主要作用点是出两根线连成的很小的热接点，两根线较细，所以热惰性主要作用点是出两根线连成的很小的热接点，两根线较细，所以热惰性很小，有很小，有。3.3.能直接与被测物体相接触，能直接与被测物体相接触，如烟雾、尘埃、二氧化碳、蒸如烟雾、尘埃、二氧

11、化碳、蒸气等影响而引起误差，具有较高的准确度，可保证在预期的误差以内。气等影响而引起误差，具有较高的准确度，可保证在预期的误差以内。4.4.侧温范围较广，一般可在室温至侧温范围较广，一般可在室温至20002000左右之间应用，某些情况其至可左右之间应用，某些情况其至可达达30003000。5.5.测量讯号可远距离传送，并由仪表迅速显示或自动记录，便于集中管理。测量讯号可远距离传送，并由仪表迅速显示或自动记录，便于集中管理。 热电偶在使用中，还须注意避免受到侵蚀、污染和电磁的干扰，热电偶在使用中，还须注意避免受到侵蚀、污染和电磁的干扰，同时要求有一个不影响其热稳定性的环境。例如有些热电偶不宜同时

12、要求有一个不影响其热稳定性的环境。例如有些热电偶不宜于氧化于氧化，但有些又应避免还原气氛。，但有些又应避免还原气氛。在不合适的气氛环境中，应以耐在不合适的气氛环境中，应以耐将其密封，并用惰性将其密封，并用惰性气体加以保护，但这样就会多少影响它的灵敏度。当温度变动较气体加以保护，但这样就会多少影响它的灵敏度。当温度变动较快时，隔着套管的热电偶就显得有些快时，隔着套管的热电偶就显得有些。那么高于那么高于1600的的温度如何测量呢？温度如何测量呢？基本原理：一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发（基本原理：一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发（0.360.361000m1000

13、m的电磁波）红外辐射能量。而大部分位于红外线的电磁波）红外辐射能量。而大部分位于红外线( (又称热射线又称热射线) )区段中区段中0.760.7620m20m的范围内。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布的范围内。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与与它的表面温度有着十分密切的关系。它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度。测量，便能准确地测定它的表面温度。任何物体接受了这段波长的辐射，都会产生热效应。用红外辐射测温仪测量目任何物体接受了这段波长的辐射，都会产生热效应。用红外辐射测温仪测量

14、目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量（特定波长的辐射（特定波长的辐射量），量），然后然后由测温仪计算出被测目标的温度由测温仪计算出被测目标的温度。除了除了“黑体黑体”，所有实际物体吸收辐射时都有反射和透射，不能全部吸收。，所有实际物体吸收辐射时都有反射和透射，不能全部吸收。因因此吸收的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种此吸收的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。引入一个

15、系数引入一个系数- （黑体的发射率为（黑体的发射率为 1 1）。）。如何测如何测量？量？信号放大器信号放大器红外能量聚焦在光电探测红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号器上并转变为相应的电信号 光学高温计是利用受热物体的单波辐射强度光学高温计是利用受热物体的单波辐射强度( (即即物体的单色亮度物体的单色亮度) )随温度升高而增加的原理来进行高温测量的。随温度升高而增加的原理来进行高温测量的。 光学高温温度计选用的单色光波长位于可见光的红色部分，波长光学高温温度计选用的单色光波长位于可见光的红色部分，波长在在0.010.010.65m 0.65m 之间。之间。 注：光辐射亮度测量较难，采

16、用了亮度比较法；注：光辐射亮度测量较难，采用了亮度比较法； 优点：优点：1.1.不需要同被测物质接触，同时也不影响被测物质的温度场。不需要同被测物质接触，同时也不影响被测物质的温度场。2.2.测量温度较高，范围较大，可测量测量温度较高，范围较大，可测量700700一一60006000。3.3.在正确使用的情况下，误差可小到正负在正确使用的情况下，误差可小到正负1010。4.4.使用简便、测量迅速。使用简便、测量迅速。缺点：缺点：1 1、介质会对被测物体的辐射能有吸收，造成误差。、介质会对被测物体的辐射能有吸收，造成误差。2 2、不易测量反射光很强的物体，他们的波长小于、不易测量反射光很强的物体

17、，他们的波长小于 0.36um0.36um，不属于热辐射。，不属于热辐射。非接触式非接触式1 1、主要用于超高温测温；主要用于超高温测温；2 2、可测运动物体、腐蚀性环境温度；、可测运动物体、腐蚀性环境温度；3 3、测量为表观温度，需对测量值进行修正；、测量为表观温度，需对测量值进行修正；4 4、测试精度低，准确度测试精度低，准确度1010左右，响应速度快左右，响应速度快；5 5、环境条件会影响测量准确性环境条件会影响测量准确性；6 6、通常测量表面温度。、通常测量表面温度。光学光学无需外加电源，无需外加电源，测量误差大测量误差大辐射辐射受材料本身红外吸收系数影响，以及介质吸收的影响受材料本身

18、红外吸收系数影响，以及介质吸收的影响比色比色测量精度高，但测量精度高，但价格高价格高，在有粉尘、烟雾等非选择性介质中仍可工作在有粉尘、烟雾等非选择性介质中仍可工作作业：作业：1 1、对比各类电热体的使用性能。、对比各类电热体的使用性能。2 2、热电偶测温的原理及特点？、热电偶测温的原理及特点？3 3、高温测量的方法包括几种？接触式和非接触式温度计、高温测量的方法包括几种？接触式和非接触式温度计各自的优缺点是什么？各自的优缺点是什么？温度范围：温度范围：1000-1300 1000-1300 使用气氛：空气，可形成氧化膜阻止进一步的氧化。使用气氛：空气，可形成氧化膜阻止进一步的氧化。特点：特点：

19、、 电阻大、电阻温度系数小。电阻大、电阻温度系数小。注意事项：注意事项：1 1、不能与碳、硫酸盐、水玻璃、石棉以及有、不能与碳、硫酸盐、水玻璃、石棉以及有 色金属及其氧化物接触；色金属及其氧化物接触； 2 2、高温使用过的、高温使用过的Fe-Cr-AlFe-Cr-Al丝，丝，发生脆化发生脆化， 不能拉伸或弯折。不能拉伸或弯折。温度范围：最高温度为温度范围：最高温度为15001500， 空气中安全使用温度低空气中安全使用温度低14001400。使用气氛：不能在使用气氛：不能在PoPo2 20.1MPa0.1MPa下使用。下使用。 高温下形成氧化物易挥发，使铂丝损失。高温下形成氧化物易挥发，使铂丝

20、损失。特点：特点：。注意事项：注意事项： 1 1、与所有金属和非金属都能形成合金或化合物避免接触；、与所有金属和非金属都能形成合金或化合物避免接触； 2 2、不要与易被还原的化学物与还原性气氛共同存在；、不要与易被还原的化学物与还原性气氛共同存在； 3 3、发生脆化。、发生脆化。铂耐蚀、耐酸铂耐蚀、耐酸铑的熔点：铑的熔点：1966铂的熔点：铂的熔点：1772共同点：共同点：1 1、熔点高，可获得较高的温度；、熔点高，可获得较高的温度； 2 2、。 不同点：不同点：1 1、熔点：、熔点：W WTaTaMoMo W W（20002000）；）；TaTa（1700170020002000）；）；MoMo（1600160017001700） 2 2、加工性：、加工性：MoMoTaTaW W 3 3、价位：、价位：W WTaTaMoMo 4 4、气氛：钨（真空或脱氧的氢气或惰性气体）；、气氛：钨（真空或脱氧的氢气或惰性气体）； 钼（钼（H H2 2或或N N2 2+H+H2 2作为保护气氛）；作为保护气氛）； 钽（真空或惰性气体，不能在钽（真空或惰性气体，不能在H H2 2中使用）中使用） 注意事项注意事项: :钼丝炉中，是将钼丝缠绕在刚玉炉管上，刚玉的钼丝炉中，是将钼丝缠绕在刚玉炉管上