Что такое вакуумная печь?

Что такое вакуумная печь?

Вакуумная печь — это печь, способная выполнять вакуумную термообработку.

Поскольку объект нагревается в вакуумной печи, поверхность объекта можно обрабатывать без его окисления. Обезуглероживание предотвращается, а блеск нержавеющей стали и других материалов может сохраняться после термообработки.

Кроме того, из-за высокой чистоты поверхности можно производить чистую обработку соединения разнородных металлов. Главной особенностью этого процесса является то, что деформация может быть уменьшена из-за постепенного процесса охлаждения от нагрева до охлаждения.

Этот метод обработки выделяет меньше углекислого газа и снижает изменение размеров и твердости. В некоторых случаях термическая обработка проводится в вакуумной печи с пропусканием через нее газообразного азота.

Применение вакуумной печи

Вакуумные печи в основном используются для обработки металлов и полупроводников.

Ниже приведены примеры применения вакуумных печей:

• Закалка, отпуск и спекание металлов
• Пайка испарителей и т. д.
• Отжиг

Ниже приведены также примеры продукции, производимой в вакуумных печах:

• Высококачественные стали для твердосплавных инструментов
• Материалы для электронных изделий, таких как магниты и конденсаторы
• Автомобильные детали и детали промышленного оборудования

Металлы, требующие специальных свойств, изготавливаются в вакуумных печах. Металлы, обработанные в вакуумных печах, характеризуются высокой светимостью, а поверхностное окисление и примеси могут быть уменьшены.

Вакуумные печи имеют много преимуществ, но также имеют недостаток в виде высоких затрат на обслуживание и первоначальную установку.

Принцип работы вакуумных печей

Вакуумные печи используют комбинацию масляных роторных насосов и турбомолекулярных насосов для откачки воздуха внутри печи и поддержания высокого вакуума. Нагрев при отсутствии кислорода в высоком вакууме предотвращает окисление.

1. Материал сосуда

В качестве материала сосуда печи обычно используется нержавеющая сталь; ее можно нагревать до 1000°C — 2300°C, и она нагревается металлическими нагревателями, такими как вольфрам, молибден и карбид кремния.

Также доступны печи меньшего размера, в которых объект нагревается в трубчатой ​​печи из оксида алюминия или кварцевого стекла. В качестве нагревательного материала используется проволока из кантала, а печь может нагреваться до 700–1600 °C.

2. Метод охлаждения

Методы охлаждения включают естественное охлаждение, газовое охлаждение и масляное охлаждение. Для высоких температур сосуд двухслойный и охлаждается водой. Высокие температуры измеряются снаружи с помощью радиационного термометра.

В стандартной вакуумной печи нагрев и охлаждение выполняются в одной камере.

 Структура вакуумных печей

Вакуумные печи выполняют термическую обработку термообработанных изделий посредством трех процессов транспортировки, нагрева и охлаждения. Существует два основных типа печей: «однокамерный тип» и «многокамерный тип», в зависимости от типа и назначения термообрабатываемых деталей.

1. Однокамерная вакуумная печь

В однокамерной вакуумной печи оператор переносит и помещает обрабатываемый продукт в печь, а процессы нагрева и охлаждения выполняются в одной камере. Поскольку процессы нагрева и охлаждения выполняются в одном помещении, печь должна выдерживать резкие перепады температур. Для нагревателя и конструктивных элементов используются жаропрочные нержавеющие стали или углеродные материалы.

Благодаря своей простой конструкции, линейка печей обширна, от малых до больших размеров. Для охлаждения используется естественное охлаждение или охлаждение инертным газом с азотом или другими инертными газами для предотвращения загрязнения внутренней части печи и термообработанных изделий. Конструкция выпускного отверстия для охлаждающего газа и перемешивающий вентилятор обеспечивают равномерное охлаждение с минимальным загрязнением.

Поэтому она подходит для обработки изделий, чувствительных к поверхностному загрязнению или деформации. С другой стороны, недостатком является низкая производительность, поскольку следующий продукт для термообработки не может быть загружен, пока не будет завершена предыдущая обработка.

2. Многокамерная вакуумная печь

Многокамерная вакуумная печь имеет конструкцию, в которой процессы транспортировки, нагрева и охлаждения выполняются в двух или более камерах. Нагрев и охлаждение в основном выполняются автоматически, в соответствии с настройками, как только продукт подается в камеру передачи. Можно контролировать температуру в каждой зоне или настроить несколько камер нагрева для небольших партий и разнести время обработки.

Вышеуказанные инновации могут повысить производительность. Осуществляя охлаждение в отдельной камере, можно выбирать жидкие хладагенты с высокой охлаждающей способностью, такие как масло. Высокая охлаждающая способность может поддерживаться, поскольку охлаждающая камера не нагревается.

Даже металлические материалы с низкой закаливаемостью и чувствительные к скорости охлаждения могут охлаждаться до высокого уровня производительности. С другой стороны, после термообработки требуется очистка из-за загрязнения обработанного материала хладагентом. Также существует риск деформации и растрескивания из-за высокой скорости охлаждения.

Другая информация о вакуумных печах

Углеродные компоненты вакуумных печей

Углеродные компоненты, такие как углеродный графит и композит C/C, используются в вакуумных печах. Они используются для нагревательных элементов, конструкционных материалов и приспособлений для термообработки.

Углеродные материалы обладают высокой термостойкостью, до 3000 °C. Они легкие и имеют низкий коэффициент теплового расширения. Они характеризуются малым весом, низким коэффициентом теплового расширения, низкой деформацией из-за термической усталости и низкой теплоемкостью.

Его небольшой вес позволяет увеличить грузоподъемность термообработанных изделий и снизить нагрузку на установку. Низкое сопротивление деформации также приводит к снижению эксплуатационных расходов. Низкая теплоемкость и высокий эффект энергосбережения обеспечивают множество преимуществ, повышающих производительность.

Однако недостатком является то, что улетучивание углерода во время нагрева вызывает загрязнение внутренней части печи и термообработанных деталей. Метод охлаждения также ограничивается только газовым охлаждением.