1600 astetta korkean lämpötilan laatikko - tyyppi laboratorion sintrausuuni

1600 - asteen korkea - lämpötilarasia - tyyppi laboratorio sintrausuuni nousee kammionsa sisällä, kuten kesytetty peto, hiljainen mutta nouseva. Havainto-ikkunan kautta voidaan nähdä keraaminen vihreä runko muunnoksen - alun perin harmahtavan - valkoisen vihreän rungon hankkiminen vähitellen jade-tyyppisen kiilto, todisteet kiteisten faasien uudelleenjärjestelystä korkean lämpötilan alla.

Laboratoriossa professori Zhang tuijottaa kiihkeästi lämpötilakäyränäytössä, sormet säätävät jatkuvasti ohjauspaneelin parametreja. "Nosta vielä 50 astetta", hän sanoo avustajalleen. "Ole varovainen ylläpitää tasaista lämmitysnopeutta, muuten vihreän rungon sisäiset rasitukset aiheuttavat mikrohalkeamia."

Korkea - Lämpötilastrainti on kriittinen vaihe keraamisten materiaalien ominaisuuksien optimoinnissa. Äärimmäisissä olosuhteissa 1600 astetta materiaalin atomeille annetaan riittävä energia energian esteiden voittamiseksi ja rekombiinin yhdistämiseksi muodostaen tiheämmän ja vakaamman mikrorakenteen. Tämä prosessi ei kuitenkaan aina ole sujuvaa purjehdusta - Lämpötilan vaihtelut, epätarkkojen ilmakehän hallinta ja jopa koostumukselliset epähomogeenisuudet vihreän rungon sisällä voivat johtaa sintraushäiriöön.

Yhtäkkiä valvontajärjestelmä kuulosti hälytyksen, joka ilmoitti uunin happipitoisuuden epänormaalit vaihtelut. "Nopea, vaihda typpisuojaukseen!" Professori Zhang vastasi nopeasti. Hänen avustajansa sääti välittömästi kaasuventtiiliä korvaamalla ilman inertillä ilmakehällä. Sekuntia myöhemmin tiedot vakiintuivat. Professori Zhang hengitti helpotusta: "Kiitos hyvyydestä, että saimme sen ajoissa, muuten tämä erä zirkoniumokisanäytteitä olisi pilaantunut hapettumisella."

Korkeat - Lämpötilan sintrausuunit eivät ole vain laitteita; He ovat materiaalitieteen "alkemisti". Heidän lämpötilat, joita he käyttävät, antavat vertaansa vailla olevaa lujuutta, lämmönkestävyyttä ja keramiikan sähköisiä ominaisuuksia. Ilmailualan elektroniikkaan nämä materiaalit, jotka ovat karkaistuneet tuhansien asteiden kohdalla, ajavat ihmisen tekniikan rajoja.

1600 asteen korkea - Lämpötilarasia - Tyyppinen laboratorio sintrausuuni on ydinlaboratoriolaitteet korkealle - materiaalien lämpötilan sintraus. Käyttölämpötila on enintään 1600 astetta, se voi täyttää korkeat - lämpötilan sintraus-, sulamis- ja kiteytymisvaatimukset keramiikan, metallien ja komposiittimateriaalien. Sitä käytetään laajasti perustutkimuksessa ja pienissä - erätuotannossa aloilla, kuten materiaalitieteessä, keraamisessa tekniikassa, jauhemetallurgiassa ja ilmailu- Seuraava on yksityiskohtainen kuvaus laitteesta, mukaan lukien sen määritelmä, ydinrakenne, toimintaperiaate, sovellusskenaariot ja keskeiset toimintapisteet:

I. Perusmääritelmä

Tämä laite on laatikko - Tyyppi korkea - Lämpötilakokeinen uuni. Sen ydinominaisuuksia ovat lämpötilanhallinta ja vakaa korkea - lämpötilaympäristö. Materiaalien simuloimalla sintrausprosessia (kuten hiukkasen diffuusio, tiheys ja vaiheenmuutos) korkeissa lämpötiloissa, se optimoi materiaalien ominaisuudet (kuten lisääntynyt lujuus ja tiheys ja aktivoidut funktionaaliset ominaisuudet). Sen 1600 asteen lämpötila -kyky antaa sen käsitellä korkeaa - sulamista - pistemateriaalit (kuten alumiinioksidikeramiikka ja piisykonikarbidikomposiitit), joita ei voida sintrata tavanomaisilla laitteilla.

II. Ydinrakenne ja tekniset ominaisuudet

1. Uunin runko- ja eristysjärjestelmä

1600 asteen korkea lämpötila asettaa huomattavasti korkeammat lämpöeristysvaatimukset kuin keskipitkä - ja matala - lämpötilauunit. Rakennesuunnittelun on tasapainotettava korkeiden lämpötilojen ylläpitäminen energiankulutuksen hallitsemisella:

Kotelo: Käsitetty 3 - 5 mm paksu kylmä - valssatut teräslevyt, jotka on hitsatut yhteen, pinta käy läpi korkean - lämpötilan korroosionsuojauksen (esim. Hiekkapuhallus ja ruiskutus korkealla - lämpötilankestävällä maalilla). Joissakin korkeissa - päätymalleissa on kaksinkertainen - kerrosvesijäähdytintakki (jatkuvalle toiminnalle 1600 asteessa), jotta kotelon lämpötila ylittää 60 astetta (huoneenlämpötilassa).

Eristys: hyödyntää multi - kerroskomposiittieristysrakennetta sisäpuolelle:

Sisäkerros: monikiteinen mulliittikuitulevy (lämmönkestävyys 1800 astetta, lämmönjohtavuus pienempi tai yhtä suuri kuin 0,12 W/(m ・ K)), jotka altistetaan suoraan uunin korkealle lämpötilaan;

Keskikerros: Alumiinioksidi -ontto pallon tiilet (Al₂o₃ -pitoisuus, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 90%, lämmönkestävyys 1700 astetta, kevyt ja korkea lujuus), vähentäen lämmönhäviötä säteilyllä;

Ulkokerros: Alumiinioksidi -silikaattikuitupeitto (lämpövastus 1260 astetta) + heijastava kerros (alumiinifolio tai nikkeli - kromiseosfolio), estäen edelleen lämmönjohtavuutta.

Tämä integroitu eristysjärjestelmä varmistaa, että lämpöhäviöaste on vähemmän tai yhtä suuri kuin 3%, kun se toimii 1600 asteessa, vähentäen energiankulutusta noin 40% verrattuna 1400 asteen uuniin.

Uunin oven suunnittelu: sivu - aukko tai pystysuuntainen nosto, varustettu kaksois - tiivistetiivisteellä (keraamisen kuituköyden sisäkerros, korkea - lämpötilankestävä silikonikumi), uunin rungon ja suljetun oven välinen aukko on vähemmän kuin 1 mm. Jotkut mallit sisältävät "hiukan avoimen pakokaasun" toiminnon (rako voidaan säätää nupilla) haihtuvien aineiden (kuten vesi ja orgaanisen aineen) purkamisen helpottamiseksi sintrauksen aikana.

2. uunikammio ja lastausjärjestelmä

Uunikammio on ydinalue, jossa materiaalit ovat suorassa kosketuksessa ja niiden on oltava kestäviä korkeita lämpötiloja, korroosiota ja alhaisen saastumisen.

Uunin kammiomateriaali:

Yleiset sovellukset: 99% korkea - puhtauskorundum -kammio (al₂o₃ suurempi tai yhtä suuri kuin 99%), lämpötilankestävyyden ollessa 1700 astetta ja erinomainen lämpö iskunkestävyys (ei halkeilua nopealla jäähdytyslämpötilaerolla, joka on vähemmän tai yhtä suuri kuin 200 aste), sopii sintrauskeramiikoille ja oksidimateriaalille.

Erityissovellukset (esim. Piilääke tai hiiltä sisältävät materiaalit): piiharbidi yhdistettynä piinitridikammioon (sic - si₃n₄) lämpötilankestävyyden ollessa 1600 astetta ja vastus pii -höyryn korroosiolle, estäen reaktion kammion ja näytteen välillä.

Mitat: Yleiset laboratorion uunikammiot vaihtelevat 10-50 litrasta (esim. 300 × 200 × 200 mm). Suurempia koot voidaan räätälöidä (vaatii suurempaa lämmitystehoa).

Kuorma - laakerikomponentit: Uunikammio on varustettu tavanomaisella korundihyllyllä (paksuus, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 10 mm) tai molybdeeniseoskannattimella (sopii inertille ilmakehään), joka mahtuu näytteisiin useissa kerroksissa (etäisyys on suurempi kuin tai yhtä suuri kuin 50 mm: n varmistaminen tasaisen lämpövirtauksen varmistamiseksi). Keraamiset kuitumatot asetetaan hyllyn ja uunikammion väliseen kosketuspisteeseen lämmönjohtavuushäviöiden vähentämiseksi.

3. Lämmitysjärjestelmä

1600 asteen korkea lämpötilan vaatimus asettaa lämpötilan vastus- ja stabiilisuuden lämmityselementtien erittäin korkeat vaatimukset. Yleiset elementit ja niiden ominaisuudet ovat seuraavat:

Lämmityselementit

Materiaali

Korkea lämpötilankestävyys (aste)

Sovellettava ilmapiiri

Piirteet

Piiharbiditankot: Piharbidi (sic) 1650 asteen ilma, inertti ilmapiiri: korkea vastus huoneenlämpötilassa, käynnistys - ei vaadita jännitteen vähentämistä; Yhtenäinen lämmitys, mutta hauras ja alttiina tärinän takia.

Molybdeeni -disilisidi -sauvat: Molybdeenin disiloidia (mosi₂) 1700 asteen ilma: voimakas korkea - lämpötilan hapettumiskestävyys ja pitkä käyttöikä (jopa 2000 tuntia 1600 asteessa), mutta alhainen kylmäkestävyys vaatii jännitteen vähentämistä aloittamiselle - ylös.

Molybdeenilanka (nauha): Puhdas molybdeeni (MO) 1800 asteen inertti/tyhjiö: korkea lämmitystehokkuus, mutta alttiina uupumiselle hapettavissa ilmakehissä, jotka vaativat tyhjiö- tai argonisuojaa.

Lämmitysasettelu: Enimmäkseen omaksuu "ympäröivän" suunnittelun (uunin molemmat puolet + ylä + lämmityselementit jakautuvat tasaisesti uunin pohjan yli varmistaakseen lämpötilan yhtenäisyyden uunin sisällä, jonka uunissa on vähemmän tai yhtä suuri kuin ± 5 astetta (1600 asteessa), estäen paikalliset lämpötilaerot, jotka voivat johtaa näytteiden sintrointiin epätasaiseen.

Tehon kokoonpano: 10L uuni vaatii 10-15 kW ja 50L uuni vaatii 25-35 kW. Vaaditaan myös omistettu muuntaja (stabiililla lähtöjännitteellä), jotta voidaan estää lämmityksen stabiilisuutta vaikuttavan tehoverkon vaihtelut.

4. Lämpötilan hallinta- ja valvontajärjestelmä

Lämpötilan ohjain: hyödyntää korkeaa - tarkkuutta älykäs PID -ohjain (kuten Japanin Shimaden tai Saksan Weishaupt). Se tukee minkä tahansa lämpötilan asettamista 0-1600 asteessa, säädettävä lämmitysnopeus 0-20 astetta /min (jotkut mallit tukevat 0,1 astetta /min-lisäyksiä), pitoaika 0-9999 tuntia ja lämpötilanhallinnan tarkkuutta ± 1 aste.

Lämpötilan mittauselementti:

Ilma-ilmapiiri: Tyyppi B termoelementti (pt30rh - pt6rh, mittausalue 0-1800 aste), asetettu suoraan uunin keskustaan, vasteaika pienempi tai yhtä suuri kuin 1 sekunti;

Tyhjiö/inertti ilmapiiri: Tyyppi R Thermoelementti (pt13rh - pt, keksintöisempi kontaminaatiolle) tai infrapuna lämpömittari (non - kosketus, lämpömuotokontaminaation välttämiseksi).

Ohjelmanhallinta: tukee multi - lavasaramppia - pidä - viileitä käyrät (esim. "20 astetta → 500 astetta (10 astetta /min) → pidä 2 tuntia → 1600 astetta (5 astetta /min) → pidä 4 tuntia → luonnollinen jäähdytys") vastaamaan kompleksisia stinterinprosesseja (esimerkiksi multi {12 Debinding, pre - ampuminen ja sintraus).

Safety features include built-in over-temperature alarm (audible and visual alarm + power off when deviation >10 astetta), termoelementtivirheiden suojaus (lämmitys pysähtyy välittömästi, jos termoelementti epäonnistuu), ylivirtasuojaus (matkat, kun virta ylittää 1,2 kertaa nimellisarvoa) ja oven lukitus (katkaisee automaattisesti lämmitysvoiman oven avautuessa).

III. Työperiaate

Sintraus on materiaalien tiheysprosessi korkeissa lämpötiloissa inter - hiukkasen diffuusion, sidoksen ja huokosten eliminoinnin kautta. Laitteen ydintoiminto on tarjota vakaa korkea - lämpötilaympäristö, edistämällä seuraavia fysikaalisia ja kemiallisia muutoksia:

Hiukkaskontakti: Materiaalijauheet (kuten keraamiset jauheet ja metallijauheet) saatetaan läheiseen kosketukseen paineen tai painovoiman alla. Korkea lämpötila kasvattaa atomien kineettistä energiaa hiukkasten pinnalla, murtuen diffuusioesteen läpi;

Kaulan muodostuminen: "kaula" muodostuu hiukkasten kosketuspisteessä (samanlainen kuin vesipisaroiden fuusio), kasvaa vähitellen ja kytkee kokonaisuuteen;

Tiheys: Lämpötilan noustessa huokoset täytetään ja materiaalitiheys kasvaa alkuperäisestä 50% -60%: sta yli 90%: iin (esimerkiksi alumiinioksidikeramiikat voivat saavuttaa yli 95%: n tiheyden sinteroinnin jälkeen 1600 asteessa);

Vaiheenmuutos: Jotkut materiaalit (kuten lyijy zirkonaattititanaattikeramiikka) läpikäyvät kidemuutoksen (esim. Tetragonaalinen kuutioon) korkeissa lämpötiloissa, aktivoimalla niiden pietsosähköiset ja dielektriset ominaisuudet.

Iv. Tyypilliset sovellusskenaariot

Rakenteellinen keraaminen sintraus: Esimerkiksi alumiinioksidi -keramiikka (al₂o₃) ja zirkoniakeramiikka (zro₂) vaativat 1600 asteen lämpötiloja viljan kasvun ja tiivistymisen saavuttamiseksi, ja niitä käytetään kulumisen - vastustuskykyisten osien ja korkean - lämpötilarakenteen komponenttien tuotannossa.

Funktionaalinen keramiikka: Esimerkiksi bariumtitanaate (Batio₃) -keramiikka (sintraus 1600 asteessa tuottaa korkean dielektrisen vakion, jota käytetään kondensaattoreissa) ja alumiininitridi (ALN) -keramiikoilla (korkea - lämpötilinstraus vähentää happea epämääräisyyksiä ja parantaa lämpöjohtoa).

Jauhemetallurgia: Korkean - sulamisen - Pointimetallien (kuten volframi- ja molybdeeniseokset) sintraaminen tai metallien väliset yhdisteet (kuten tial) . 1600 aste edistää diffuusiohitsausta ja parantaa materiaalin lujuutta.

Työskentävä materiaalitutkimus: Esimerkiksi korundin tulenkestävän tiilien raaka -aineiden sintrauskokeet Testaa posti - sintrauslineaariset muutokset, puristuslujuus ja muut eri formulaatioiden ominaisuudet 1600 asteessa.

Komposiittiliitäntäohjaus: Esimerkiksi hiilikuitu - vahvistetuissa keraamisissa matriisikomposiitteissa (c/sic), sintraus 1600 asteessa edistää kuidun ja matriisin välistä rajapintojen reaktiota mekaanisten ominaisuuksien optimoimiseksi.

V. Avainkäyttö- ja huoltopisteet

1. Käyttömäärittelyt

Näytteen esikäsittely:

Jauhunäytteet on tiivistettävä (esim. Kuiva puristus tai isostaattinen puristus) estääksesi löysän jauheen lentämisen ja uunin saastuttamisen korkeissa lämpötiloissa.

Näytteitä, jotka sisältävät orgaanisia materiaaleja (esim. Sideaineita), on ensin poistettava (pitäminen 300–600 asteessa 2-4 tunnin ajan) ja lämmitettävä sitten hitaasti (vähemmän tai yhtä suuri kuin 5 astetta /min) räjähdysten estämiseksi.

Lämmitys ja jäähdytys:

Kun sintraus 1600 asteessa, on suositeltavaa, että lämmitysnopeutta on pienempi tai yhtä suuri kuin 10 aste /min (etenkin yli 1000 astetta) näytteen lämpöjännityksen halkeamisen estämiseksi.

Sintrajen jälkeen näyte on jäähdytettävä luonnollisesti alle 800 asteeseen (noin 8-12 tuntia) ennen uunin oven avaamista. Pakotettu ilmajäähdytys on ehdottomasti kielletty (koska se voi aiheuttaa uunin räjähtämisen tai näytteen halkeamisen).

Ilmakehän hallinta:

Hapettava ilmapiiri (esim. Keraaminen sintraus): Pidä uunin ovi hieman auki tai avaa pakoventtiili riittävän hapen varmistamiseksi.

Inertti ilmapiiri (esim. Metallistintra): ensin evakuoidaan ilmakehän (vähemmän tai yhtä suuri kuin 1 pa), ota sitten korkea - puhtaus argon/typpi (suurempi tai yhtä suuri kuin 99,999%). Vaihda ilmapiiri 3-5 kertaa ja ylläpitä sitten hieman positiivinen paine (0,01-0,02 MPa).

2. ylläpito ja hoito

Uunin kammion puhdistus: Poista jokaisen käytön jälkeen kaikki jäännösjauhe uunikammiosta (pehmeällä harjalla tai pölynimurilla) epäpuhtauksien sulamisen ja sitoutumisen estämiseksi uunikammioon korkeissa lämpötiloissa. (Esimerkiksi piidakalvot voivat reagoida Corundumin kanssa muodostaen matala - sulaminen - pisteen alumiinin alumiinin, jotka voivat syöpätä uunikammion.)

Lämmityselementin tarkastus:

Piekarbiditankot: Tarkista säännöllisesti halkeamia ja mutkia. Jos "jauhe" (liiallinen hapettuminen) tapahtuu elementin pinnalla, korvaa se nopeasti. Kiinnitä erityisillä keraamisilla kiinnittimillä asennuksen aikana estämään rasituksen stressin takia.

Molybdenum disilidi -sauvat: Vältä kosketusta metallin kanssa (matala - sulaminen - pisteseos muodostuu). Pintaoksidikalvo (MOO₃) on suojakerros, eikä sitä pidä naarmuttaa.

Termoelementtien kalibrointi: Kalibrointi kuuden kuukauden välein käyttämällä vakiotermoelementtiä (kuten tyypin B termoelementti, jonka on sertifioitu kansallisen metrologian instituutin) varmistamiseksi, että lämpötilan mittausvirhe on vähemmän tai yhtä suuri kuin ± 3 astetta.

TURVALLISUUDEN VAROTUS: KÄYTETTÄVÄT - Lämpötila -eristetyt käsineet (kestävät suuremmat tai yhtä suuret kuin 300 astetta) ja suojalasit toiminnassa. 1600 asteen uunin suora katselu on erittäin voimakasta voimakkaan säteilylämpöä johtuen. Käsittelemällä näytteitä, jotka sisältävät myrkyllisiä elementtejä, kuten lyijyä ja kadmiumia, kytke pakokanava hölynpesuun.

Yhteenveto

1600 asteen korkea - lämpötilaruudusta - Tyyppi laboratorion sintrausuuni, korkean - Lämpötilan vakauden, lämpötilanhallinnan ja materiaalin yhteensopivuuden edut, on tullut avainlaite korkean - sulamisen - pistemateriaalista. Sen perusperiaate on tarjota materiaaleille ihanteellinen korkea - lämpötilaympäristö optimoimalla eristys-, lämmitys- ja lämpötilanhallintajärjestelmät. Oikea toiminta ja ylläpito ei vain varmista kokeellisten tulosten luotettavuuden, vaan myös pidentävät merkittävästi laitteiden käyttöikää (oikea käyttö 1600 asteessa voi saavuttaa uunin käyttöiän 5-8 vuotta).