熱電偶采用保護(hù)套管主要有兩種用途，一是防止遭受機(jī)械損壞，二是在熱電偶及其周?chē)g插入一個(gè)屏蔽套，這樣可使熱電偶盡可能保持在接近其*的氣氛中。因此，根據(jù)特定的使用環(huán)境選用合適的熱電偶保護(hù)套管對(duì)于延長(zhǎng)熱電極的使用壽命以及提高測(cè)溫的準(zhǔn)確度是相當(dāng)重要的。

3.1選材的原則及常用材料的優(yōu)缺點(diǎn)
根據(jù)熱電偶保護(hù)套管在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)所處的環(huán)境，在其選材上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）材料的氣密性好（即氣孔率小）；（2）應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，抗熱沖擊性能好；（3）材料的紅硬性好，要求材料必須耐磨；（4）耐化學(xué)腐蝕性能好，因?yàn)槿济航橘|(zhì)中含有ＳＯ2、 ＳＯ3 、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等腐蝕性氣體；（5）導(dǎo)熱性好。 目前已在工業(yè)上應(yīng)用的熱電偶保護(hù)套管材料按其材質(zhì)分主要有金屬材料，非金屬材料與金屬材料和非金屬材料的復(fù)合材料三大類(lèi)。 1、 金屬保護(hù)管材料 應(yīng)用較多的有不銹鋼和高溫合金，這類(lèi)材料的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕性能與導(dǎo)熱性能好，但其高溫?zé)釓?qiáng)性差，故高溫耐磨性較差。不銹鋼保護(hù)管一般可使用7~8天，而一般的其他材料也就是使用1~2個(gè)月。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外一直沒(méi)有理想的解決辦法，在困擾中只好采取加厚保護(hù)管管壁的方法，有的熱電偶保護(hù)套管的壁厚已達(dá)到了10余毫米。因此，在循環(huán)流化床鍋爐中應(yīng)用效果不是很理想，性能價(jià)格比差。 2、 非金屬保護(hù)管材料 常用的材料有石英、高溫陶瓷、氧化鎂、氧化鋁等。同金屬材料相比，這類(lèi)材料的優(yōu)點(diǎn)是高溫耐磨性好，耐腐蝕性能良好，但缺點(diǎn)也是很明顯的，首先是導(dǎo)熱率差，熱響應(yīng)敏感性差，因此管壁不能做的很厚，而管壁的減薄又給應(yīng)用帶來(lái)了一系列的問(wèn)題。陶瓷類(lèi)材料一般較脆，抗熱震性能差，在使用過(guò)程中由于沖擊和熱震容易導(dǎo)致脆裂，特別是在循環(huán)流化床鍋爐中使用由于強(qiáng)烈的沖蝕作用而易早期失效。 3、 復(fù)合材料保護(hù)套管 近年來(lái)發(fā)展較快的有金屬陶瓷復(fù)合材料和特殊復(fù)合涂層材料保護(hù)套管。金屬陶瓷復(fù)合材料是由金屬基體、陶瓷成分和潤(rùn)滑劑等組成的多元復(fù)合材料。這類(lèi)材料制造的熱電偶保護(hù)套管具有導(dǎo)熱性好、抗熱震性強(qiáng)耐熱、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。特殊復(fù)合涂層材料保護(hù)套管目前大多是將硬度高耐磨的復(fù)合材料如金屬陶瓷等以激光熔敷等手段涂敷在金屬基體表面。上述復(fù)合材料保護(hù)套管，其優(yōu)點(diǎn)是綜合了兩種不同材料的特點(diǎn)，具有一定的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)性，缺點(diǎn)則是由于兩種材料特殊的復(fù)合機(jī)制而使得制造過(guò)程太復(fù)雜。[6 7 8]

3.2耐磨材料的發(fā)展及其在熱電偶保護(hù)套管中的應(yīng)用
經(jīng)過(guò)30余年的研究與應(yīng)用，國(guó)外耐磨材料的研究與應(yīng)用已趨于穩(wěn)定，發(fā)達(dá)國(guó)家已有自己的系列產(chǎn)品和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 在非金屬材料中，陶瓷的耐磨性能較為優(yōu)異，然而，這類(lèi)材料脆性較大，抗熱震性能不足，且其導(dǎo)熱性能相對(duì)較差一些，為了提高熱敏感性，管壁又不能做的太厚。因此用這類(lèi)材料做成的熱電偶保護(hù)套管在循環(huán)硫化床中應(yīng)用效果不是很好。目前，國(guó)內(nèi)外在陶瓷材料領(lǐng)域的應(yīng)用研究趨勢(shì)大多為發(fā)展金屬與陶瓷的復(fù)合材料，既金屬陶瓷材料，或采用表面涂層技術(shù)，將其用作涂層材料。
金屬耐磨材料的發(fā)展，經(jīng)歷了從高錳鋼、普通白口鑄鐵、鎳硬鑄鐵到高鉻鑄鐵幾個(gè)階段。目前發(fā)展成為耐磨鑄鐵、耐磨鋼和耐磨合金三大類(lèi)。耐磨鋼和耐磨合金雖然各有其特點(diǎn)，但從成本、抗磨性方面遠(yuǎn)不如白口鑄鐵，因此，后者應(yīng)用較為廣泛，尤其是合金白口鑄鐵，其壽命均比普通白口鑄鐵提高幾倍，甚至幾十倍。其鉻系白口鑄鐵，通過(guò)調(diào)整鉻含量和碳含量，可大幅度提高它的綜合性能。
人們常說(shuō)的高鉻鑄鐵實(shí)際上是高鉻鉬白口鑄鐵，從含碳量可分為Cr15和Cr20兩類(lèi)，前者用于承受一般的沖擊磨損，后者用于高沖擊磨損及厚度較大的耐磨件。含鉻量為30%的高鉻鑄鐵則用于耐熱、耐磨或耐蝕的工件。 高鉻鑄鐵作為常溫下的抗磨料磨損材料已得到了日益廣泛的應(yīng)用，但在高溫磨損工況下，材料的服役條件比常溫磨損更為惡劣，材料服役過(guò)程中不僅受到磨料磨損作用產(chǎn)生損傷，還有高溫氣體對(duì)材料的氧化腐蝕。以往在高溫磨損工況下使用的材料（如CrMnN鋼），只注重其抗氧化腐蝕性能，而在選材時(shí)要求碳含量很低，其結(jié)果是材料的抗磨性造成損失。因此，研究高溫抗磨材料，就必須對(duì)材料綜合考慮，才可能正確設(shè)計(jì)和選擇所使用的材料。高鉻鑄鐵凝固時(shí)形成（Cr, Fe）7C3 型碳化物，這種碳化物的硬度高（1500～1800HV），遠(yuǎn)高于（Cr,Fe）3C型碳化物的硬度 （ 840～1100 HV），這是高鉻鑄鐵具有高耐磨性的主要原因。高鉻鑄鐵的共晶結(jié)構(gòu)與一般鑄鐵中的萊氏體相反，共晶碳化物為不連續(xù)相，以分散的單體存在于奧氏體中，而共晶奧氏體則為連續(xù)體。這種特殊結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在一定基體上嵌入高硬度的顆粒，大大減弱了高硬度相的脆化作用，因此高鉻鑄鐵具有較好的韌性。高鉻鑄鐵中的鉻一部分進(jìn)入碳化物，另一部分進(jìn)入基體，從而提高了基體的抗氧化能力。[9 10] 從高鉻鑄鐵的組織特點(diǎn)中可以看出，將其用作耐磨用熱電偶保護(hù)套管材料是*可行的，如何調(diào)整成分使其達(dá)到*的耐磨抗蝕效果還需要進(jìn)一步的研究和實(shí)驗(yàn)。

3.3新材料涂層技術(shù)在熱電偶保護(hù)套管上的應(yīng)用
新材料涂層技術(shù)在熱電偶保護(hù)套管上有著極其廣泛的應(yīng)用前景。其特點(diǎn)是可以將兩種不同的材料進(jìn)行組合，充分發(fā)揮基體和涂層的特性，有效的滿足實(shí)際需要。因此上在這方面的研究較為活躍，在提高材料的耐磨性方面的應(yīng)用有激光熔敷金屬陶瓷、梯度功能陶瓷涂層等等。 在一般的耐磨涂層技術(shù)中，大多使用的是WC+金屬的材料體系。但是由于鍋爐的使用溫度高，WC在該溫度下會(huì)分解，WC的使用溫度不能超過(guò)550℃，因此在鍋爐耐磨涂層中不能使用WC體系。目前上大多使用的是Cr3C2+NiCr的涂層體系。該體系使用效果較好，但是成本較高。 值得注意的是，在熱電偶領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中，本課題組采用新材料+新工藝制備出了金屬間化合物涂層熱電偶保護(hù)套管。金屬間化合物是介于金屬與陶瓷之間的高熔點(diǎn)結(jié)構(gòu)材料，因而使該熱電偶保護(hù)套管具有了全新的性能。一是具有了優(yōu)異的耐蝕性能，抗氧化性能好，特別是抗硫化氫的能力*；二是具有了優(yōu)異的耐磨性能，涂層具有了金屬間化合物的高溫高硬度的特點(diǎn)，所以耐磨；三是具有了優(yōu)異的耐熱性能，目前鎳基變形高溫合金使用溫度達(dá)950~1000℃，而鎳基鑄造高溫合金的使用溫度達(dá)1050~1100℃，已達(dá)材料熔點(diǎn)的0.8左右，如果 Ni-Al的使用溫度也考慮在0.8，其使用溫度可達(dá)1250℃左右，可比現(xiàn)有的高溫合金提高150~200℃，達(dá)到國(guó)內(nèi)，*水平。四是可以用普通材質(zhì)代替材料，比如可以用1Cr18Ni9Ti+表面金屬間化合物涂層的方法來(lái)代替價(jià)格昂貴的耐熱高溫合金，不但成本低，而且其性能大大超過(guò)了價(jià)格昂貴的高溫合金等；五在保證性能的前提下，成本低廉。對(duì)于一些用于高溫耐磨環(huán)境的熱電偶保護(hù)套管，采用該金屬間化合物涂層技術(shù)制取的熱電偶在沸騰爐、循環(huán)流化床鍋爐、水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾煙室、球磨機(jī)、風(fēng)扇磨、磨煤機(jī)等出口及管道測(cè)溫的地方使用均獲得了滿意的效果。
梯度功能材料FGM涂層技術(shù)在熱電偶保護(hù)套管的涂層技術(shù)上非常適用，因?yàn)橥繉蛹夹g(shù)應(yīng)用保護(hù)套管，就必然存在一個(gè)熱應(yīng)力不相適應(yīng)的問(wèn)題。開(kāi)發(fā)出具有緩和熱應(yīng)力功能的超耐熱型材料，不但可以提高保護(hù)套管表面涂層的使用壽命，而且還可以同金屬間化合物有效結(jié)合，形成效果更佳的復(fù)合涂層。在國(guó)外，已有以金屬間化合物作為粘接劑的金屬間化合物陶瓷復(fù)合涂層方面的報(bào)道，如金屬間化合物粘接TiC，這種材料不但硬度高，耐腐蝕和耐磨損能力特別優(yōu)異，而且通過(guò)調(diào)整金屬間化合物的含量，能夠控制其熱膨脹率使之和鋼材的較為接近。國(guó)內(nèi)在這方面的研究也相當(dāng)活躍，本課題組經(jīng)過(guò)近幾年的研究，在金屬間化合物+精細(xì)陶瓷復(fù)合涂層技術(shù)方面獲得了圓滿的成功，金屬間化合物具有良好的耐熱性耐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，精細(xì)陶瓷除具有耐熱耐蝕特性外，還具有突出的耐磨性和不粘性，用這種材料制備的熱電偶保護(hù)套管必定具有理想的耐磨性能，目前已在水泥、鍋爐、玻璃等行業(yè)應(yīng)用，取得了理想的效果