จะเลือกวัสดุแผ่นทำความร้อนและประเภทเครื่องทำความร้อนสำหรับการเผาผนึกอุณหภูมิสูง-สุญญากาศและอุณหภูมิสูง-ได้อย่างไร

ในการเผาเซรามิกขั้นสูง คาร์ไบด์ หรือโลหะทนไฟ คุณต้องมีเครื่องอัดที่สามารถทำงานที่สุญญากาศสูงและที่อุณหภูมิ เมื่อเหล็กมาตรฐานสูญเสียโครงสร้างและเริ่มปล่อยไอจำนวนมาก ภายใต้สภาวะที่สูงเหล่านี้ แผ่นทำความร้อนจะกลายเป็นองค์ประกอบโครงสร้างและความร้อนหลักของระบบ ดังนั้น การออกแบบเครื่องเผาผนึกแบบสุญญากาศสูงสำหรับแผ่นทำความร้อนจึงใช้วัสดุที่มีความเสถียร แข็งแรง และมีการปล่อยก๊าซออก-ต่ำเป็นพิเศษภายใต้สภาวะที่สูงกว่า 1000 องศาและระดับสุญญากาศลึก

ที่อุณหภูมิเหล่านี้ แท่นจะเป็นชิ้นส่วนที่ลุกเป็นไฟจากอาณาจักรแร่เดียวกันกับที่มันดำเนินการ การเลือกใช้วัสดุจะต้องทำจากองค์ประกอบที่ทนไฟได้มากที่สุดในการปฏิบัติงานทางวิศวกรรม

สภาวะการประมวลผลที่รุนแรงสำหรับการเผาผนึกแบบสุญญากาศ
เครื่องเผาผนึกสูญญากาศสูง-ใช้สำหรับเพิ่มความหนาแน่นของวัสดุ ซึ่งต้องใช้:

บรรยากาศก๊าซที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษ-

โปรไฟล์อุณหภูมิที่แน่นอนสูงกว่า 1,000 องศา

ควบคุมการใช้แรงดันในระหว่างกระบวนการเผาผนึก

มีการปนเปื้อนเล็กน้อยจากวัสดุเครื่องมือ

สภาพแวดล้อมสุญญากาศป้องกันการเกิดออกซิเดชัน แต่ต้องใช้คุณสมบัติการระเหยของวัสดุและการปล่อยก๊าซที่เข้มงวดมาก

เหตุใดโลหะธรรมดาจึงล้มเหลว
สแตนเลสและโลหะผสมนิกเกิลทั่วไปไม่เหมาะสมเนื่องจาก:

ความแข็งแรงทางกลลดลงอย่างรวดเร็วเหนือ ~800-900 องศา

มีการปล่อยก๊าซออกมาอย่างมากในสุญญากาศ

การปนเปื้อนชิ้นงานจากการปนเปื้อนพื้นผิว

คืบคลานสูงภายใต้ภาระ

ข้อจำกัดเหล่านี้เรียกร้องให้มีการเปลี่ยนไปใช้โลหะทนไฟและวัสดุที่มีคาร์บอน-

การเลือกวัสดุสำหรับแผ่นทำความร้อนของเครื่องเผาผนึกสุญญากาศสูง
การเลือกใช้วัสดุสำหรับวางแผ่นทำความร้อนของเครื่องเผาผนึกแบบสุญญากาศสูงขึ้นอยู่กับความเสถียรทางความร้อน ความแข็งแรงทางกล และความเข้ากันได้ของสุญญากาศ

กราไฟท์เป็นวัสดุแท่นวาง
กราไฟท์เป็นวัสดุทั่วไปที่ใช้สำหรับแผ่นเผาผนึกสุญญากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบที่มีอุณหภูมิปานกลางถึงสูง

คุณสมบัติที่สำคัญของกราไฟท์
มีความเสถียรในสภาพเฉื่อยหรือในสุญญากาศสูงถึงประมาณ. 2500 องศา

ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดีมาก

แท่นวางสามารถแปรรูปได้สูงสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน

ต้นทุนค่อนข้างถูกเมื่อเทียบกับโลหะทนไฟ

ที่ใช้กันทั่วไปในแผ่นกราไฟท์ ได้แก่ :

ระบบกดร้อน-

เตาหลอมสำหรับโลหะผสมผง

เครื่องรีดเซรามิค

อย่างไรก็ตาม กราไฟท์มีรูพรุน และต้องทำความสะอาดและบำบัดอย่างเหมาะสมเพื่อลดการปล่อยก๊าซออก

โมลิบดีนัมและทังสเตนสำหรับแผ่นอุณหภูมิสูงพิเศษ-
ในบรรดาโลหะทนไฟที่ใช้สำหรับการเผาผนึกที่มีความต้องการมากที่สุด ได้แก่ โมลิบดีนัมและทังสเตน

ลักษณะของโมลิบดีนัม
จุดหลอมเหลวประมาณ. 2620 องศา

มีความแข็งสูงที่อุณหภูมิสูง

การนำความร้อนสูงกว่าเซรามิก

มีความคงตัวของมิติที่ดีในสุญญากาศ

ลักษณะของทังสเตน
จุดหลอมเหลว: ~ 3422 องศา

ความแรงของอุณหภูมิสูง - ดีเยี่ยม

ความหนาแน่นและความแข็งแกร่งสูง

ต้านทานการคืบคลานได้ดีเยี่ยม

ที่อุณหภูมิเหล่านี้ แท่นคือชิ้นส่วนที่ถูกเผาในอาณาจักรแร่เดียวกันกับที่ดำเนินการ โดยมีคุณสมบัติวัสดุที่สำคัญเหมือนกันกับส่วนประกอบที่ถูกเผา

ข้อจำกัดที่สำคัญ
โมลิบดีนัมไม่สามารถใช้ในบรรยากาศออกซิไดซ์ได้ อุณหภูมิสูงทำให้เกิดออกซิเดชันอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดการสลายวัสดุอย่างหายนะ ดังนั้น ระบบโมลิบดีนัมและทังสเตนจึงสามารถทำงานได้เฉพาะใน:

สภาวะสุญญากาศสูง

บรรยากาศก๊าซเฉื่อย (อาร์กอน, เฮไลออน)

สภาวะการควบคุมลดลง

เทคโนโลยีองค์ประกอบความร้อนของแผ่นสูญญากาศ
การทำความร้อนในเครื่องเผาผนึกแบบสูญญากาศสูงนั้นมาจากองค์ประกอบที่ทนไฟได้

เครื่องทำความร้อนลวดโมลิบดีนัม
ลวดโมลิบดีนัมมักใช้เนื่องจากเข้ากันได้กับการตั้งค่าสุญญากาศและอุณหภูมิสูง มันอาจจะเป็น:

ภายในโครงสร้างกราไฟท์

แขวนอยู่หลังม่านแห่งแสง

สร้างขึ้นภายในชุดประกอบแท่นวาง

ส่วนประกอบซิลิคอนคาร์ไบด์
บางครั้งแท่ง SiC จะถูกนำไปใช้ในระบบสุญญากาศหรือระบบเปลี่ยนผ่านที่ต่ำกว่า องค์ประกอบเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นเครื่องทำความร้อนแบบกระจายและตั้งอยู่นอกพื้นผิวแท่นวาง

การครอบงำความร้อนจากการแผ่รังสี
การพาความร้อนไม่สำคัญที่สุญญากาศสูง โหมดหลักของการพาความร้อนคือ:

การแผ่รังสีจากองค์ประกอบความร้อน

การนำโครงสร้างแท่นวาง

แผ่นกันความร้อนแบบสะท้อนแสง

การควบคุมการปล่อยก๊าซออกและความเข้ากันได้ของสุญญากาศ
จำเป็นอย่างยิ่งที่วัสดุจะต้องบริสุทธิ์ เนื่องจากก๊าซใดๆ ก็ตามที่ปล่อยออกมาในระบบการเผาผนึกแบบสุญญากาศสามารถสร้างความเสียหายให้กับสุญญากาศและทำให้ผลการเผาผนึกมีมลทินได้

แหล่งที่มาของมลพิษ
แหล่งที่มาของการปนเปื้อนที่พบบ่อยคือ:

สารอินทรีย์ตกค้างจากน้ำมันเครื่อง

ความชื้นที่ถูกดูดซับอยู่ในอากาศ

สารปนเปื้อนที่ระเหยง่ายในวัสดุฐาน

ออกไซด์และสารประกอบคาร์บอนบนพื้นผิว

การอบสุญญากาศ-ขั้นตอนออก
โดยปกติแล้ว ส่วนประกอบแท่นวางจะถูกอบในวงจรควบคุมก่อนการใช้งานจริง

ในกระบวนการนี้:

การทำความร้อนของแท่นวางภายใต้สภาวะสุญญากาศ

อุณหภูมิสูงกว่าระดับการทำงานที่ต้องการ

สารระเหยชนิดต่างๆ จะถูกขับออกจากเมทริกซ์ของสาร

ก๊าซที่เหลือจะถูกสูบออกจากระบบ

ขั้นตอนการปรับสภาพล่วงหน้านี้จำเป็นสำหรับประสิทธิภาพการทำงานของสุญญากาศที่มั่นคงในระหว่างรอบการผลิต

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบเครื่องกลและความร้อน
แผ่นรองที่มีอุณหภูมิสูงจะต้องมีความเสถียรในมิติภายใต้ความเค้นจากความร้อนและความดันทางกล

การควบคุมการขยายตัวทางความร้อน
โลหะกราไฟท์และโลหะทนไฟมีลักษณะเฉพาะด้วยการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกัน การออกแบบระบบควรคำนึงถึง:

ขยายได้ทั่วถึงบนพื้นผิวแท่นวางขนาดใหญ่

หลีกเลี่ยงความเข้มข้นของความเครียดจากความร้อน

ควบคุมการไล่ระดับความร้อนระหว่างทางลาดขึ้นและลง

ข้อกำหนดในการรับน้ำหนัก
ในการใช้งานการอัดร้อน แท่นวางยังเป็นส่วนประกอบรับน้ำหนักทางโครงสร้าง-อีกด้วย การเลือกใช้วัสดุจึงต้องคำนึงถึง:

ความต้านทานการคืบคลานภายใต้ภาระที่ต่อเนื่อง

โมดูลัสยืดหยุ่นที่อุณหภูมิการทำงาน

ความเสถียรของ-การเสียรูปในระยะยาว

ภาพรวมเปรียบเทียบของการเลือกใช้วัสดุ
วัสดุ อุณหภูมิสูงสุด ความเข้ากันได้ของสุญญากาศ ความแข็งแรงทางกล การใช้งานทั่วไป
กราไฟท์ ~2500 องศา ดีเยี่ยม (สุญญากาศ/เฉื่อย) แผ่นเผาทั่วไปปานกลาง
โมลิบดีนัม ~2620 องศา ดีเยี่ยม (ไม่-ออกซิไดซ์เท่านั้น) สูง สูง-การกดที่แม่นยำ
ทังสเตน ~3422 องศา ดีเยี่ยม (ไม่-ออกซิไดซ์เท่านั้น) ระบบอุณหภูมิที่สูงมาก
สถาปัตยกรรมระบบและการรวมกระบวนการ
โดยทั่วไป ระบบแผ่นทำความร้อนจะรวมกับการจัดวางที่ซับซ้อนของเตาเผา- เช่น:

ระบบการจัดการระบายความร้อนสำหรับหลาย-โซน

ระบบปั๊มสุญญากาศ (สุญญากาศสูงและสูงมาก)

กองป้องกันรังสี

ระบบการอัด (ไฮดรอลิกหรือเครื่องกล)

เครือข่ายการตรวจสอบอุณหภูมิที่เชื่อถือได้

แต่ละระบบย่อยจะต้องได้รับการออกแบบให้มีความเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนและสุญญากาศสูง

ปิดความคิด
การตัดสินใจทางวิศวกรรมวัสดุในการเลือกแผ่นทำความร้อนสำหรับเครื่องอัดซินเทอร์ริ่งสุญญากาศที่อุณหภูมิสูง-ถือเป็นหนึ่งในการตัดสินใจที่รุนแรงที่สุดในการออกแบบการประมวลผลด้วยความร้อน กราไฟท์ โมลิบดีนัม และทังสเตน ต่างก็มีการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัวของความเสถียรทางความร้อน ความแข็งแรงเชิงกล และความเข้ากันได้แบบสุญญากาศ ช่วยให้สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิที่วัสดุโครงสร้างอื่นอาจเสียหายได้

ดังนั้นเครื่องอัดซินเทอร์แบบสูญญากาศสูงที่ใช้แผ่นทำความร้อนจึงเป็นระบบที่มีมูลค่าสูงโดยเฉพาะ ซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบที่สามารถอยู่รอดได้ในสถานการณ์เลวร้ายที่พวกมันช่วยสร้าง การเลือกวัสดุในพื้นที่นี้เป็นการศึกษาจุดสิ้นสุดระดับสูงของตารางธาตุ โดยประสิทธิภาพจะถูกกำหนดโดยความเสถียรของวัสดุทนไฟและพฤติกรรมของสุญญากาศสูง-เป็นพิเศษ

กระบวนการผลิตที่ร้อนแรงที่สุดสำหรับเครื่องมือที่สร้างบนฐานรากพื้นฐานเดียวกันนั้นท้ายที่สุดแล้วจะเกิดขึ้นจากสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุด ซึ่งข้อจำกัดด้านความร้อนและโครงสร้างมาบรรจบกันที่ขอบของความเป็นไปได้ของวัสดุ