本发明涉及温度计量技术领域，特别涉及一种应用于温度计量装置中的均热块以及温度计量装置。
背景技术
固定点炉(或称定点炉)是指为复现国际温标定义固定点而建立的金属凝固点或熔化点的装置，是用于辐射测温的标准辐射源，其示例形式为一种为固定点坩埚提供稳定热源的加热炉，其采用具有良好保温性能的硅酸铝盐作为外保温层的材料，以减少外界环境与炉体内部的换热频率。固定点炉内壁材料通常采用氧化铝(al2o3)的陶瓷管作为均热块来为固定点坩埚提供相对均热的环境。固定点炉控温的稳定性及内部温度的均热性，将直接影响坩埚的熔凝过程，进而会影响凝固点温度采集的有效性。目前固定点炉内部通常采用的陶瓷管均热块虽然具有良好的耐高温性，但是其导热性能却不够理想，使得从坩埚前端到后端的距离温差高于1℃，因此难以达到很好的温场效果，从而很难为坩埚的熔凝过程提供理想的温场环境，不但影响固定点炉的稳定性，还需要耗费更多的调整温场的时间和精力。
如何提高固定点炉炉温的稳定性以及均匀温场的实现，是一个有待解决的问题。并且，不但固定点炉存在这样的问题，变温黑体炉和干体炉等温度计量装置也存在类似的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于温度计量装置中的均热块以及温度计量装置，该均热块包含渗铝紫铜的均热块，以克服现有技术中的一个或多个缺陷。
根据本发明的一个方面，提供一种应用于温度计量装置中的均热块，该均热块包含渗铝紫铜。
在本发明的一实施例中，所述渗铝紫铜为渗铝紫铜管。
在本发明的一实施例中，所述渗铝紫铜是采用粉末包装法通过热浸渗铝的方式来处理紫铜表面而制得的。
根据本发明的一个方面，提供一种包括如上所述的均热块的温度计量装置。
在本发明的一实施例中，所述温度计量装置包含固定点炉、变温黑体炉或干体炉。
在本发明的一实施例中，所述均热块位于所述固定点炉、变温黑体炉或干体炉的特定温场区的内壁。
在本发明的一实施例中，所述温度计量装置采用硅酸铝盐作为外保温层的材料。
在本发明的一实施例中，在所述温度计量装置包含固定点炉的情况下，所述固定点炉的特定温场区之外的内壁为氧化铝的陶瓷管材料。
本发明将利用渗铝工艺制备出的具有优异的导热性的渗铝紫铜应用于温度计量装置均热技术中，利用紫铜(cu)优异的导热性、渗铝后的抗氧化性，将渗铝紫铜作为均热块来实现良好的温场均匀效果。例如，利用紫铜渗铝管的良好的抗氧化性能和导热性，本发明的均热块能够获得在100mm距离范围内的温差不超过1℃的良好的温场效果，为固定点炉和变温黑体炉均匀性温场的实现提供基础。
另外，由于渗铝紫铜具有良好的抗氧化性能以及良好的热稳定性，使得采用了渗铝紫铜的均热块具有更长的使用寿命，这种均热块能够应用于高至800摄氏度的、无保护气体温度环境。换句话说，由于渗铝紫铜良好的抗氧化性能以及良好的热稳定性，使得均热块能够满足长时间高至800摄氏度无保护气高温工作的需求。
此外，铜渗铝后再内氧化制作cu－al2o3材料的方法，工艺简单，成本不高，在提供理想性能的外壳下，有效控制了均热块以及相应的温度计量装置的制造成本，且易于实现。
本领域技术人员应当理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
并且，应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1为渗铝工艺的流程图示例；
图2为根据本发明的实施例的具有渗铝紫铜管的固定点炉的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清楚、明白，下面将参照附图并结合具体实施例对本发明进行详细描述。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
在本发明实施例中，对紫铜采用渗铝工艺，制备出具有优异性能的渗铝紫铜，将其应用于温度计量装置均热技术(将渗铝紫铜作为均热块)，来提高固定点炉、变温黑体炉和干体炉等温度计量装置的炉温的稳定性并实现更均匀的温场。
渗铝是上世纪发展起来的金属表面防护手段之一，是将包括铝在内的一种或多种金属原子渗入到金属工件表层内的化学热处理工艺。将金属工件放在含有渗入金属元素的渗剂中，在一定的温度和压力下，渗剂中的铝元素分解产生活性铝原子，被金属的表面所吸收，然后逐渐向金属内扩散，使铝渗入金属工件的表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能。金属表面渗铝，能赋予金属表面以优异的使用性能,如抗高温氧化、耐腐蚀、耐磨等等。
渗铝金属作为功能材料和结构材料，在工业上已得到广泛的应用。例如作为电器工业中各类开关所用的银(ag)基触头的代用材料，以及作为导电弹性材料和计算机框架引线等。另外，对于将纯铜制造的炼铁高炉中的风口、渣口以及炼钢连铸机中的结晶器等进行深层渗铝，可以提高其力学性能以及硬度和耐磨性能而延长使用寿命。虽然，渗铝金属在工业领域已有广泛应用，但是在温度计量行业却尚未有所应用，尤其是在固定点炉、变温黑体炉和干体炉等的温场均匀性调试中，没有将渗铝金属作为均热块的使用方法。
本发明一实施例中，将渗铝金属(优选渗铝紫铜)应用于温度计量装置中，从而提供一种包含渗铝金属的均热块，这是渗铝工艺的特殊的创新的应用方式。下面将以渗铝紫铜均热块为例进行描述。
渗铝紫铜是在纯铜表面进行渗铝加工处理的工艺，渗铝的方法主要有固体法(如粉末包埋法、膏剂涂渗法等)、液体法(如热浸法等)和气体法。图1示出了利用渗铝工艺中的粉末包埋法制备渗铝紫铜的流程示意图。在本实施例中，采用粉末包埋法的热浸渗铝方式，将铜粉与氧化铝粉末的混合物通过热浸渗铝的方式来处理紫铜工件表面而制得的。如图1所示，工艺流程可包括：除油s1→除锈s2→水洗s3→干燥s4→密封s5→装炉s6→加热升温s7→保温渗铝s8→出炉冷却s9。其中，s1-s4是预处理过程。具体地，首先，将紫铜工件浸泡在除油剂内一定时间进行除油处理(步骤s1)，去除紫铜工件表面的油性物质。然后，将该工件浸泡在除锈液中，去除紫铜工件表面的氧化层(步骤s2)。接着，用水洗工艺去掉紫铜工件表面的残留物(步骤s3)，并进行干燥脱水(步骤s4)。接下来，将包含铜粉与氧化铝粉末在内粉末状渗铝剂(例如还含有活化剂nh4cl)与紫铜工件密封在渗铝箱并放入加热炉中(步骤s5-s6)；随后在一定的真空条件下进行加热升温，直到达到所需的渗铝温度(如800摄氏度)(步骤s7)。接着，在渗铝温度下保持预定时间(如6小时，该时间仅为示例，并不限于此)，进行保温渗铝。渗铝温度一般为700℃-900℃，但并不限于此。渗铝温度越高，渗铝速度越快。但温度过高会导致基体晶粒粗大，使材料性能下降。渗铝温度和时间增加，渗铝层的厚度增加。保温渗铝预定时间后，可进行降温并将渗铝后的工件从渗铝炉取出(步骤s9)，开箱并进行工件清理整形后便可获得渗铝紫铜成品。上述描述的步骤仅为示例，还可以包括更多或更少的步骤，例如在保温渗铝后还可以增加退火步骤，由于粉末包埋法为成熟的渗铝技术，在此不再详细描述工艺过程。
渗铝紫铜还可以用其他渗铝工艺制备，如液体热浸法、气体法等。其中液体热浸法是将纯铜材料直接浸入到液态渗铝剂(其中可含有nh4cl活化剂)中，经过较短的时间形成合金镀层。此时所形成的镀层只是附着层而不是扩散层，因而与基体金属结合不牢。这种情况下一般在热浸后还要加热使镀层软熔扩散，以形成合金层。此法优点是设备简单也易操作，生产效率也高。渗铝紫铜会比一般的纯铜使用的温度高200-250℃，具有良好的耐热性能，cu中弥散分布的al2o3对晶界有钉扎作用，可阻碍位错运动，从而强化了基体并提高了铜的再结晶温度，所以cu－al2o3具有高强度和高温强度，能够满足高温条件下的均温需求。
对于其他渗铝方法制备渗铝紫铜的工艺过程不再赘述，但同样地用于本发明。
紫铜表面渗铝形成的渗铝紫铜管，对紫铜的导热性能影响较小，即仍然具有优异的导热性能。此外，渗铝工艺不仅能够有效改进母材(纯铜)的耐高温的特性，还能够提高母材的抗氧化性能。因此，渗铝紫铜能有效提高紫铜的抗氧化性、耐高温性。不耐高温的纯铜工件，在经过渗铝处理后便可获得氧化铝膜，从而使工件具有高温抗氧化的性能，即便在空气、二氧化硫气体以及其他介质中也有很高的热稳定性，因而变成耐热的优良材料。对于固定点炉，固定点在温度校准过程中，需要长时间处于高温加热状态，高温情况下普通金属材料特别容易被氧化，而渗铝紫铜管表面是高温处理过的al2o3膜，其结构均匀致密能够有效保护铜基体，其抗氧化能力温度越高越显著。
此外，渗铝紫铜管具有抗击电弧侵蚀的能力与加热丝可以直接接触，不会因电弧作用侵蚀内部纯铜。且紫铜渗铝后内氧化生成cu－al2o3合金层中的al2o3颗粒均匀弥散分布在铜基上，既能承受载荷，又能阻止基体的塑性变形，从而在磨损时降低基体铜与摩擦副的对偶粘附力，使磨损抗力提高。这良好的特性又为渗铝紫铜应用于固定点炉体温场调试中提供有利保障。
基于渗铝紫铜的如上优异性能，本发明将渗铝紫铜应用于温度计量装置均热技术(将渗铝紫铜作为均热块)，来提高固定点炉、变温黑体炉和干体炉等温度计量装置的炉温的稳定性并实现更均匀的温场。
图2为根据本发明实施例中的具有渗铝紫铜均热块的固定点炉的示意图。该固定点炉是为固定点坩埚提供热源的加热炉。如图2所示，该固定点炉采用横卧式结构，并采用具有良好保温性能的硅酸铝盐作为外保温层材料，即，硅酸铝盐保温材料101，以减少外界环境与炉体内部的换热频率。该固定点炉中除了放置坩埚的位置以外的内壁材料仍可采用氧化铝的陶瓷管102，而在放置坩埚的位置处的内壁材料采用渗铝紫铜，优选地采用渗铝紫铜管103。也即，本发明中将渗铝紫铜均热块置于固定点炉中，优选地位于固定点炉的对应特定温场区位置(如坩埚所在的均匀温场区位置104)的内壁。在坩埚熔化凝固过程中整体需要受热温度相同，而坩埚本身具有一定长度，在坩埚内金属熔化、凝固的过程中从坩埚的前端到后端的距离温差不超过1℃为最佳温场效果。如果温度差较大，坩埚内的金属将无法实现同步融化、同步凝固的过程。采集到的凝固点的数据将失去有效的科学依据，将会影响温度校准的准确度。陶瓷管102具有良好的耐高温性，但是其导热性能远不及渗铝紫铜管103的导热系数，因此，一定程度上影响了固定点复现的准确度。通常，用过温度补偿可以调整温场效果，但是温度补偿调整过程耗费时间长，影响了整个固定点炉的温度计量。而由于渗铝紫铜具有优异的导热性能，采用渗铝紫铜管作为坩埚位置处的均热块代替传统固定点炉中坩埚位置处的陶瓷管，将有效提高炉体的温场均匀性，为坩埚的熔凝过程提供良好的温场环境。作为测试结果，利用紫铜渗铝管的良好的抗氧化性能、耐高温性和导热性，本发明的均热块能够获得在100mm距离范围内的温差不超过1℃的良好的均匀温场效果，即仅仅通过提供一个渗铝紫铜管就可以提供良好的温场效果，节省调整温场的时间和精力。
另外，由于渗铝紫铜具有良好的抗氧化性能，所以采用渗铝紫铜的均热块具有更长的使用寿命。此外，由于渗铝紫铜具有良好的耐高温性，能够应用于高至800摄氏度的温度领域。换句话说，由于渗铝紫铜良好的抗氧化性能以及良好的热稳定性，其能够满足长时间在高至800摄氏度无保护气高温工作的需求。这是因为，固定点在温度校准过程中，需要长时间处于高温加热状态，高温情况下普通金属材料特别容易被氧化，而渗铝紫铜管表面是高温处理过的al2o3膜，其结构均匀致密能够有效保护铜基体，其抗氧化能力温度越高越显著。虽然传统al2o3陶瓷管也能够在800摄氏度的高温情况下无保护气工作，但是其导热性能较差，均热效果较差，致密性也相对较差，性能无法和渗铝紫铜相比拟。
渗铝紫铜管具有抗击电弧侵蚀的能力与加热丝可以直接接触，不会因电弧作用侵蚀内部纯铜。且紫铜渗铝后内氧化生成cu-al2o3合金层中的al2o3颗粒均匀弥散分布在铜基上，既能承受载荷，又能阻止基体的塑性变形，从而在磨损时降低基体铜与摩擦副的对偶粘附力，使磨损抗力提高。
渗铝紫铜多方面的优势，为其应用于固定点炉温场调试中这一特定领域提供了可能性，能够有效改进目前500-800摄氏度区间固定点炉温场效果差的境况。
如上实施例中，渗铝紫铜管103主要安置于固定点炉中放置坩埚的位置，在炉体加工过程中将其固定于加热炉内。在本发明另一实施例中，图2所示的固定点炉的设置有传统氧化铝陶瓷管102的内壁部分(即坩埚位置以外的内壁部分)也可以用渗铝紫铜管代替。
本发明实施例中描述的渗铝紫铜管均热块不仅可应用于固定点炉中，同样可以应用于其它温度计量装置中，如变温黑体炉、干体炉等中。在将均热块置于变温黑体炉中的情况下，均热块可位于变温黑体炉的特定温场区位置的内壁，如黑体腔的整个内壁。同样，在将均热块置于干体炉中的情况下，均热块同样可位于干体炉的特定温场区位置的内壁。
这些温度计量装置可采用硅酸铝盐作为外保温层的材料。
本发明还提供一种包括上述均热块的变温黑体炉和固定点炉。
本发明利用渗铝紫铜良好的抗氧化性、耐高温性及导热性能，将其应用于固定点炉、变温黑体炉和干体炉等温度计量装置中具有重要意义的应用价值。总的来说，本发明的均热块以及包括该均热块的温度计量装置至少具有以下有益效果：
1)由于渗铝紫铜良好的导热性，实现更优的温场均匀性；
2)由于渗铝紫铜良好的抗氧化性能以及良好的热稳定性，能够满足长时间高至800摄氏度无保护气高温工作的需求，并具有更长的使用寿命；
3)渗铝紫铜管作为均热块应用于温度计量装置中，使得均热块能够满足长时间高至800摄氏度无保护气高温工作的需求，是渗铝紫铜的创新型应用。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。