จะเลือกวัสดุแผ่นทำความร้อนและประเภทเครื่องทำความร้อนสำหรับการเผาผนึกอุณหภูมิสูง-สุญญากาศและอุณหภูมิสูง-ได้อย่างไร

การเผาเซรามิกขั้นสูง คาร์ไบด์ หรือโลหะทนไฟต้องใช้เครื่องอัดที่ทำงานในสุญญากาศสูงที่อุณหภูมิ ซึ่งเหล็กทั่วไปสูญเสียความสมบูรณ์ของโครงสร้างและเริ่มปล่อยไอระเหยจำนวนมาก ในสภาวะที่รุนแรงเหล่านี้ แผ่นทำความร้อนจะกลายเป็นองค์ประกอบโครงสร้างหลักและความร้อนของระบบ การออกแบบของแผ่นทำความร้อนวัสดุกดเผาผนึกสูญญากาศสูงดังนั้นจึงต้องอาศัยวัสดุที่คงความเสถียร แข็งแรง และ-ปล่อยก๊าซออกต่ำเป็นพิเศษภายใต้สภาวะที่เกิน 1,000 องศาและระดับสุญญากาศลึก

ที่อุณหภูมิเหล่านี้ แท่นวางเป็นชิ้นส่วนเรืองแสงของอาณาจักรแร่เดียวกันกับที่ดำเนินการ โดยต้องเลือกวัสดุจากองค์ประกอบที่ทนไฟได้มากที่สุดในทางปฏิบัติทางวิศวกรรม

สภาพการทำงานที่รุนแรงในการเผาผนึกสุญญากาศ

เครื่องเผาผนึกสุญญากาศสูง-ใช้สำหรับเพิ่มความหนาแน่นของวัสดุที่ต้องใช้:

บรรยากาศที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษ-

โปรไฟล์ความร้อนที่แม่นยำเหนือ 1,000 องศา

ควบคุมการใช้แรงดันระหว่างการเผาผนึก

มีการปนเปื้อนจากวัสดุเครื่องมือน้อยที่สุด

สภาวะสุญญากาศกำจัดการเกิดออกซิเดชัน แต่มีข้อจำกัดที่เข้มงวดเกี่ยวกับความผันผวนของวัสดุและพฤติกรรมการปล่อยก๊าซ

เหตุใดโลหะมาตรฐานจึงล้มเหลว

สแตนเลสและโลหะผสมนิกเกิลทั่วไปไม่เหมาะสมเนื่องจาก:

ความแข็งแรงทางกลลดลงอย่างรวดเร็วเหนือ ~800–900 องศา

การปล่อยก๊าซออกมาอย่างมีนัยสำคัญเกิดขึ้นภายใต้สุญญากาศ

การปนเปื้อนบนพื้นผิวสามารถถ่ายโอนเข้าสู่ชิ้นงานได้

การคืบคลานของโครงสร้างจะรุนแรงเมื่อรับภาระ

ข้อจำกัดเหล่านี้จำเป็นต้องเปลี่ยนมาใช้โลหะทนไฟและวัสดุที่มีคาร์บอน-

การเลือกวัสดุแผ่นทำความร้อนสำหรับเครื่องอัดเผาผนึกสุญญากาศสูง

การเลือกใช้วัสดุสำหรับกแผ่นทำความร้อนวัสดุกดเผาผนึกสูญญากาศสูงขับเคลื่อนด้วยความเสถียรทางความร้อน ความแข็งแรงทางกล และความเข้ากันได้ของสุญญากาศ

กราไฟท์เป็นวัสดุแท่นวาง

กราไฟท์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับแผ่นเผาผนึกสุญญากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบที่มีอุณหภูมิปานกลางถึงสูง

คุณสมบัติที่สำคัญของกราไฟท์

มีเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 2,500 องศาในสภาพแวดล้อมเฉื่อยหรือสุญญากาศ

ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดีเยี่ยม

ความสามารถในการแปรรูปสูงสำหรับรูปทรงแท่นที่ซับซ้อน

ต้นทุนค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับโลหะทนไฟ

แผ่นกราไฟท์มักใช้ใน:

ระบบกดร้อน

เตาหลอมโลหะผง

เครื่องอัดความหนาแน่นเซรามิก

แม้จะมีข้อดี แต่กราไฟต์ก็มีรูพรุน และต้องได้รับการทำให้บริสุทธิ์และบำบัดอย่างระมัดระวังเพื่อลดการปล่อยก๊าซออก

โมลิบดีนัมและทังสเตนสำหรับแผ่นอัลตรา-ที่อุณหภูมิสูง

สำหรับการใช้งานการเผาผนึกที่มีความต้องการมากที่สุด จะต้องใช้โลหะทนไฟ เช่น โมลิบดีนัมและทังสเตน

คุณสมบัติของโมลิบดีนัม

จุดหลอมเหลว: ประมาณ 2620 องศา

มีความแข็งสูงที่อุณหภูมิสูง

การนำความร้อนที่ดีเมื่อเทียบกับเซรามิก

ความเสถียรของมิติที่ดีเยี่ยมในสุญญากาศ

คุณสมบัติของทังสเตน

จุดหลอมเหลว: ประมาณ 3422 องศา

อุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ-แข็งแกร่ง

มีความหนาแน่นและความแข็งสูงมาก

ความต้านทานการคืบคลานที่เหนือกว่า

ที่อุณหภูมิเหล่านี้ แท่นจะเป็นชิ้นส่วนเรืองแสงของอาณาจักรแร่เดียวกันกับที่ดำเนินการ โดยมีลักษณะเฉพาะของวัสดุพื้นฐานร่วมกับส่วนประกอบที่เผาด้วยตัวมันเอง

ข้อจำกัดที่สำคัญ

โมลิบดีนัมไม่สามารถใช้ในบรรยากาศออกซิไดซ์ได้ ออกซิเดชันอย่างรวดเร็วเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง นำไปสู่การย่อยสลายวัสดุอย่างหายนะ ด้วยเหตุนี้ ระบบโมลิบดีนัมและทังสเตนจึงต้องดำเนินการเฉพาะใน:

สภาพแวดล้อมสุญญากาศสูง

บรรยากาศก๊าซเฉื่อย (อาร์กอน ฮีเลียม)

ควบคุมเงื่อนไขการลด

เทคโนโลยีองค์ประกอบความร้อนในแผ่นสูญญากาศ

การทำความร้อนในเครื่องอัดซินเตอร์แบบสูญญากาศสูง-ทำได้โดยใช้องค์ประกอบที่ทนไฟ-

เครื่องทำความร้อนลวดโมลิบดีนัม

ลวดโมลิบดีนัมมักใช้เนื่องจากเข้ากันได้กับสภาพแวดล้อมที่เป็นสุญญากาศและอุณหภูมิสูง- มันสามารถ:

ฝังอยู่ภายในโครงสร้างกราไฟท์

แขวนอยู่หลังโล่ส่องแสง

รวมเข้ากับชุดประกอบแท่นวาง

องค์ประกอบซิลิคอนคาร์ไบด์

บางครั้งมีการใช้แท่งซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ในระบบสุญญากาศหรือระบบเปลี่ยนผ่านที่ต่ำกว่า องค์ประกอบเหล่านี้ทำงานเป็นหลักในฐานะเครื่องทำความร้อนแบบกระจายและถูกวางตำแหน่งไว้ภายนอกพื้นผิวแท่นวาง

การครอบงำความร้อนจากการแผ่รังสี

ในสภาพแวดล้อมที่มีสุญญากาศสูง- การพาความร้อนไม่มีนัยสำคัญ การถ่ายเทความร้อนถูกครอบงำโดย:

การแผ่รังสีจากองค์ประกอบเครื่องทำความร้อน

การนำผ่านโครงสร้างแท่น

ระบบสะท้อนความร้อนสะท้อน

การควบคุมการปล่อยก๊าซออกและความเข้ากันได้ของสุญญากาศ

ความบริสุทธิ์ของวัสดุเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในระบบการเผาผนึกสุญญากาศ เนื่องจากก๊าซที่ปล่อยออกมาใดๆ อาจทำให้คุณภาพสุญญากาศลดลงและปนเปื้อนผลิตภัณฑ์ที่เผาผนึกได้

แหล่งที่มาของการปนเปื้อน

แหล่งที่มาของการปนเปื้อนทั่วไป ได้แก่ :

สารอินทรีย์ตกค้างจากน้ำมันเครื่อง

ดูดซับความชื้นในบรรยากาศ

สิ่งเจือปนที่ระเหยง่ายในวัสดุฐาน

ออกไซด์ของพื้นผิวและสารประกอบคาร์บอน

การอบสุญญากาศ-ขั้นตอนออก

ก่อนการใช้งานจริง โดยทั่วไปชุดประกอบแท่นวางจะต้องผ่านการควบคุมการอบออก-

ในระหว่างกระบวนการนี้:

แท่นวางถูกให้ความร้อนภายใต้สภาวะสุญญากาศ

อุณหภูมิสูงขึ้นเหนือระดับการทำงานที่ตั้งใจไว้

ชนิดที่ระเหยง่ายจะถูกขับออกจากเมทริกซ์วัสดุ

ก๊าซที่ตกค้างจะถูกอพยพออกจากระบบ

ขั้นตอนการปรับสภาพล่วงหน้านี้มีความสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพการทำงานของสุญญากาศจะคงที่ในระหว่างรอบการผลิต

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบทางความร้อนและทางกล

แท่นวางอุณหภูมิสูง-ต้องรักษาความเสถียรของขนาดภายใต้ภาระความร้อนและแรงดันเชิงกล

การจัดการการขยายตัวทางความร้อน

กราไฟท์และโลหะทนไฟมีลักษณะการขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่แตกต่างกัน การออกแบบระบบต้องรองรับ:

การขยายตัวที่สม่ำเสมอบนพื้นผิวแท่นวางขนาดใหญ่

การหลีกเลี่ยงความเข้มข้นของความเครียดจากความร้อน

ควบคุมการไล่ระดับความร้อนระหว่างทางลาด-ขึ้นและเย็นลง-

ข้อกำหนดการรับน้ำหนัก

ในการใช้งานการอัดร้อน แท่นวางยังทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบรับน้ำหนักทางโครงสร้าง- การเลือกใช้วัสดุจึงต้องคำนึงถึง:

ต้านทานการคืบคลานภายใต้แรงกดดันอย่างต่อเนื่อง

โมดูลัสยืดหยุ่นที่อุณหภูมิการทำงาน

ความคงตัวในการเปลี่ยนรูปในระยะยาว-

ภาพรวมการเลือกวัสดุเปรียบเทียบ

บูรณาการกระบวนการและสถาปัตยกรรมระบบ

โดยทั่วไประบบแผ่นทำความร้อนจะรวมอยู่ในชุดประกอบเตาเผาที่ซับซ้อน-ซึ่งประกอบด้วย:

ระบบควบคุมความร้อนแบบหลาย-โซน

ระบบปั๊มสุญญากาศ (สุญญากาศสูงและพิเศษ-)

กองป้องกันรังสี

ระบบอัดไฮดรอลิกหรือเครื่องกล

เครือข่ายการตรวจสอบอุณหภูมิที่แม่นยำ

แต่ละระบบย่อยต้องได้รับการออกแบบเพื่อรักษาเสถียรภาพภายใต้สภาวะความร้อนและสุญญากาศที่รุนแรง

บทสรุป

การเลือกแผ่นทำความร้อนสำหรับเครื่องอัดซินเทอร์แบบสุญญากาศที่อุณหภูมิสูง- ถือเป็นการตัดสินใจทางวิศวกรรมวัสดุที่รุนแรงที่สุดประการหนึ่งในการออกแบบการประมวลผลด้วยความร้อน กราไฟต์ โมลิบดีนัม และทังสเตน ต่างก็มีการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของความเสถียรทางความร้อน ความแข็งแรงเชิงกล และความเข้ากันได้แบบสุญญากาศ ทำให้สามารถทำงานที่อุณหภูมิที่วัสดุโครงสร้างส่วนใหญ่จะเสียหายได้

A แผ่นทำความร้อนวัสดุกดเผาผนึกสูญญากาศสูงจึงเป็นระบบเฉพาะทางที่มีมูลค่าสูง- ที่สร้างขึ้นจากองค์ประกอบที่สามารถอยู่รอดได้ในสภาวะสุดขั้วแบบเดียวกับที่พวกเขาช่วยสร้าง การเลือกวัสดุในโดเมนนี้เป็นการศึกษาขีดจำกัดบนของตารางธาตุโดยพื้นฐาน โดยที่ประสิทธิภาพถูกกำหนดโดยความเสถียรของวัสดุทนไฟและพฤติกรรมสุญญากาศสูง-เป็นพิเศษ

กระบวนการผลิตที่ร้อนแรงที่สุดได้รับการกำหนดรูปแบบโดยใช้เครื่องมือที่สร้างขึ้นจากรากฐานที่เป็นองค์ประกอบเดียวกันกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุดในธรรมชาติ ซึ่งขีดจำกัดด้านความร้อนและโครงสร้างมาบรรจบกันที่ขอบของความเป็นไปได้ของวัสดุ