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高温真空技术

已有 2989 次阅读 2013-3-31 10:59 |系统分类:科研笔记| 技术, 真空

顾名思义,这种技术即真空条件下的高温处理技术,是精密器件加工的关键技术。作为高温技术的一种,我先把其他的高温处理工艺简要介绍一下。

腐蚀性气氛,即一般的氧气氛烧结技术,一般使用铁鉻发热体(使用温度可达1400度),碳化硅发热体(使用温度可达1500度),硅钼棒发热体(使用温度可达1800度)。

惰性气氛,即一般的氢气氛,氮气氛,He气氛等气氛烧结技术。因气氛保护,其可采用的发热手段颇为多样,但要达到高温,一般选择石墨发热体和金属发热体(钨,钼)。这种技术的经典版本称之为热等静压烧结,设计指标为双200,即温度达到2000度,压力达到200Mpa。目前世界上只有三家公司具有完全的生产技术,国内目前技术上还有困难(至少是商用的)。

真空烧结技术,是九十年代兴起的一种新型烧结技术。其采用超高的温度及超高的真空使得产品在高原子迁移能力及气压驱动的作用下达到极高致密度的坯体的烧结技术,常见的产品有透明陶瓷,器件表面金属化处理,超高强度结构陶瓷,等等

就组成而言,一般真空烧结的系统组成分为以下几个部分:

电力系统:一般都采用三相动力电,不同国家电压计电频不同,设计时要考虑在内。

腔体系统,腔体一般都需采用高强度不锈钢,并需有夹层水冷。腔体的接口需要用工程O型环进行密封处理,使其压升率不超过10 mTorr每小时。

加热,隔热系统,真空条件下,热量的传递采用的是辐射传热,其他的传热模式也会少量存在但是作用很小。因其一般采用环形设计,所以辐射一般会在炉膛中心富集,所以炉膛中轴为温度最高的地方,不同设计及制造水平处理这种温差的能力不一样。不过使用者要很注意这个温差,否则很容易出现产品不均匀的状况。隔热系统,一般采用与发热元件相同材质的屏,毡等。相同的热系数使得他们的隔热效果最好,最可以吸收溢出热区的辐射热量。

温度探测系统,就我的平时的经验,一般我把温度分为两段,1800度以下为低温,1800度以上为高温。低温系统可采用热电偶进行温度探测,而高温最好采用光学高温计进行温度探测。

气压探测系统,很明显这重负压用机械压力表进行监测是不合适的,一般采用阴极放电电离法进行测量。取得的电流值可精确地反应炉腔内的气体数量。

控制系统,即电力,程序,气路的协同操作系统。需要额外的控制电路(除动力电路之外),一般选择低压。一般包括,逻辑编辑器,处理器,继电器及处理终端等等。具体的控制原理在欧陆,通用等公司的manual里都会有很详尽的说明,我就不班门弄斧了。

笔者曾经安装调试过大陆第一台2600度运转的全金属真空烧结炉。总体感觉国内目前的炉业水平进步很快,但是在发热体部件工艺,钳工操作精度,电路设计及外观整合方面呢还有待进步。不过个人感觉五年左右,最多不超过十年,国内江浙及株洲一代的企业就肯定会有不错的产品。



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