Mitkä ovat tyhjiökuumapuristimen lämmityslevyn kriittiset suunnitteluominaisuudet?

Kuuma puristin tyhjiökammiossa on kaksinkertainen ongelma-. Sen on kohdistettava tasaista lämpöä ja painetta materiaalien yhdistämiseksi saastuttamatta tahratonta tyhjiötä poistuvilla orgaanisilla aineilla tai loukkuun jääneellä kaasulla. Normaalit ilmakehän lämmityslevyt eivät kestä tässä koskemattomassa, korkealla{3}}panoksissa. Tyhjiökuumapuristimen lämmityslevyn suunnittelu alusta alkaen materiaalin puhtaus, hermeettinen tiivistys ja lämmön jakautuminen huomioon ottaen. Sovelluksissa, kuten ilmailu-avaruuskomponenttien komposiittiliittäminen, puolijohdekapselointi tai metallien diffuusiosidonta, itse levystä tulee keskeinen prosessiinstrumentti.

Tyhjiöympäristön erityisvaatimukset
Tyhjiökammiossa ei ole ilmakehän konvektiota. Lämmönsiirto levystä työkappaleeseen voi tapahtua vain johtumisen (kosketuspisteissä) ja säteilyn avulla. Tämä tekee levyn pinnan tasaisuudesta ja lämpötasaisuudesta vieläkin tärkeämpää kuin ilmassa. Kaikki levyn ja työkappaleen välinen tila rajoittaa tehokasta kosketusta ja aiheuttaa lämpötilaeron.

Samaan aikaan hoover-ympäristö on erittäin herkkä saasteille. Sisäänjääneiden kaasujen, kosteuden tai haihtuvien orgaanisten yhdisteiden poistaminen materiaaleista-voi pilata alipainetason, saastuttaa työkappaleen tai vahingoittaa tyhjiöpumppuja. Näin ollen tyhjiökuumapuristimen lämmityslevyn suunnittelussa tulisi olla erittäin-vähän kaasua poistuvia materiaaleja ja vuoto-tiivis.

Kriittinen materiaalivalinta vähäiseen kaasuuntumiseen
Levyn runko tulee valmistaa tyhjiöön sopivasta metallista. Suosittuja vaihtoehtoja ovat:

316L ruostumaton teräs - Suosituin vaihtoehto. Sillä on alhainen poistokaasu, ylivoimainen mekaaninen lujuus korkeissa lämpötiloissa ja hapettumisenkestävyys tyhjiöpaistotuotteessa. Tyypillisesti pintakäsittely kiillotetaan tai sähkökiillotetaan pinta-alan minimoimiseksi ja kaasun poistumisen rajoittamiseksi entisestään.

Erityiskäsitellyt alumiiniseokset (6061 tai 7075) - Tavallinen alumiini ei ole hoover-ystävällinen, koska sen paksu, huokoinen oksidipinnoite kerää kosteutta. Mutta alumiinin erityistä puhdistusta ja tyhjiöpaistamista voidaan käyttää kohtuullisessa lämpötilassa (alle 250 astetta) . 316L on paljon parempi ultra-korkeassa tyhjiössä (UHV).

Inconel tai muut superseokset - Inconel- tai Haynes-seokset on tarkoitettu yli 500 asteen käyttökohteisiin, kun ruostumaton teräs menettää lujuutta. Näillä on erittäin alhaiset höyrynpaineet korkeassa lämpötilassa.

Kaikkien sisäisten komponenttien, mukaan lukien lämmityselementit, eristys, lämpöparijohdot ja tiivistemateriaalit, on noudatettava standardeissa, kuten ASTM E595 (tila- ja tyhjiösovelluksia varten) asetettuja kaasupäästörajoja, joiden kokonaismassahäviö (TML) on 1,0 % ja kerätyn haihtuvan kondensoituvan materiaalin (CVCM) 0,1 %.

Vältettävät materiaalit:

Alumiinistandardi (korkea kaasupäästö, huokoinen oksidi).

Muoveja tai polymeerejä (paitsi muutamassa korkeassa{0}}lämpöisessä, vähän kaasua aiheuttavassa laadussa, kuten Vespel tai Kapton, joita käytetään säästeliäästi).

Viton tai tavanomaiset elastomeerit (silikoni tai fluorisilikoni voivat olla hyväksyttäviä rajoitetuissa olosuhteissa; yleensä kaikki -metallitiivisteet ovat suositeltavia).

Lämmityselementit tyhjiö-yhteensopiva, hermeettisesti suljettu
Levyssä on lämmityselementtejä, jotka on suljettava hermeettisesti, jotta vältetään kaasun muodostuminen tai hiukkasten muodostuminen sisältä. Hyväksyttäviä malleja ovat:

Mineraali{0}}eristetyt (MI) lämpökaapelit - Vastuslanka (NiCr tai vastaava), joka on koteloitu tiivistetyllä magnesiumoksidijauheella (MgO) saumattomassa metallivaipassa (Inconel, 316SS tai Alloy 600). Tuotannossa MgO on kuiva ja tyhjiökaasu poistettu. Vaipan päät hitsataan kiinni.

Vakiopatruunan lämmittimissä on usein orgaaniset päätytiivisteet, jotka poistavat kaasun. Patruunalämmittimet hitsatuilla sulkimilla Hover-palvelussa saa käyttää vain versioita, joissa on täysin hitsatut päätykappaleet ja MgO-täyte.

Kapseloidut resistiiviset elementit - Ohuille levyille syövytetyt foliolämmittimet voidaan kapseloida hermeettisesti kahden metallilevyn väliin laserhitsaamalla reunan ympärillä.

Sisäiset johdot, jotka yhdistävät lämmityselementit läpivientiin, on eristettävä vähän kaasua aiheuttavilla materiaaleilla. Koko ajo on mieluiten mineraalieristettyä kaapelia. Jos joustavaa lankaa tarvitaan, PTFE- tai Kapton (polyimidi) -eristys on sopiva, mutta se on tyhjiöpaistettava perusteellisesti. Ei PVC- tai nailonlankaa vakiona.

Sähköiset läpiviennit ja lämpöpari (hermeettinen)
Kaikkien sähkö- tai anturilinjojen, jotka menevät ilmakehästä alipainekammion ulkopuolelta levyyn, on ylitettävä tyhjiösuoritus. Tämä suoritetaan käyttämällä keraamista-metalliin{2}}läpivientiä. Vakuumipuristimen vakiokuumapuristuslevy sisältää:

Tehon läpiviennit - Kaksi tai useampi johdin (riippuen yksi-- tai kolmivaiheisesta-lämmityksestä) juotettuna metallilaippaan tai suoraan levyn runkoon. Keraaminen eriste on tyypillisesti joko 95 % tai 99 % alumiinioksidia ja se on tiivistetty metalliin hermeettisesti.

Lämpöparin läpiviennit - Finewire-termoparin jatkeet (tyyppi K tai J) kulkevat tyhjiötiiviin liittimen läpi, yleensä pienellä keraamisella---metallitiivisteellä.

Nämä läpiviennit on mitoitettava levyn työlämpötilan (yleensä 300-500 C tyhjiökuumapuristussovelluksessa) ja paine-eron (1 atm ulkopuolella, tyhjiö sisällä) mukaan. Niiden vuoto testataan heliummassaspektrometrillä vuotonopeudelle, joka on alle 10-9 mbar·L/s.

Mikä tahansa levyssä oleva onkalo--kuten sokea reikä termoelementille tai kierretasku kiinnittimelle - voi olla "virtuaalinen vuoto". Tärkeää: Tällaisiin onteloihin jäänyt kaasu vuotaa vähitellen tyhjiöön, mikä lisää pumppausaikoja ja heikentää peruspainetta. Arkkitehtuurin on mahdollistettava tuuletuskanavat näihin onteloihin niiden yhdistämiseksi ulkoiseen ympäristöön tai ne on poistettava kokonaan. Esimerkiksi lämpöparin kaivo on yleensä tuuletettu pienellä reiällä (halkaisija 0,5–1,0 mm), joka on porattu levyn pintaan, mikä mahdollistaa loukkuun jääneen ilman poistamisen.

Terminen tasaisuus tyhjiöolosuhteissa
Ilman konvektiivista ilmavirtaa lämmön jakautumisen auttamiseksi, levyn tulee olla riippuvainen vain johtamisesta ja sisäisestä säteilystä tasaisen pintalämpötilan saavuttamiseksi. Tärkeimmät suunnitteluominaisuudet yhtenäisyyden takaamiseksi:

Optimoitu lämmitinjärjestely - Lämmityselementit sijoitetaan elementtianalyysin (FEA) perusteella siten, että työpinnan lämpötilan vaihtelu on ±2–5 astetta. Vyöhykeohjaukseen on usein olemassa useita itsenäisesti ohjattuja lämmittimiä ja termopareja.

Paksu levyrunko, jolla on korkea johtavuus - Paksumpi levy (esim. 25–40 mm) parantaa lämmön jakoa sivusuunnassa. Mutta paksuuden ja painon ja lämpövasteen välillä on kompromissi.

Tasaisuus ja pinnan kiillotus - Yläkosketuspinta on hiottu tasaiseksi 0,025-0,05 mm (0,001-0,002 tuuman) tarkkuudella levyn alueelta. Hyvä pintakäsittely (Ra < 0,8 μm) tarjoaa tehokkaan lämpökosketuksen työkappaleeseen ja vähentää pinta-alaa kaasun poistumiselle.

Eristys levyn takana Levyn -toimimaton puoli on yleensä eristetty vähän-kaasua vapauttavilla keraamisilla kuitulevyillä (esim. piidioksidilla tai alumiinioksidikuidulla) lämmön ohjaamiseksi eteenpäin. Nämä levyt on paistettava ulos sideaineiden ja haihtuvien aineiden poistamiseksi.

Todellisuudessa levyt paistetaan usein tyhjiössä ennen käyttöä, usein 150–300 asteessa tyhjiössä useiden tuntien ajan imeytyneen kosteuden ja jäännösepäpuhtauksien poistamiseksi. Paistamisen jälkeen levy on saavuttanut vakaan alhaisen kaasunmuodostustilan.

Tyhjiökuumapuristimen lämmityslevyn suunnittelun tarkistuslista
Tyhjiökuumapuristimen lämmityslevyn suunnittelun perusteellinen tarkistuslista on seuraava:

Luokka kriittisen ominaisuuden vahvistusmenetelmä
Body material 316L stainless steel (or Inconel for >500 astetta ) Materiaalitodistus Pintakäsittely (sähkökiillotus)
Hermeettisesti suljettu mineraali{0}}eristetty (MI) kaapeli Lämmityselementti Ei orgaanisia päätytiivisteitä, hitsattu vaippa
Sisäinen eristys Tiivistetty MgO (kuiva, tyhjiökaasuton) Valmistaja kaasuttaa tiedot hooverilla
LäpivientiKeraamista-metalliin-, vuotonopeus<10-9 mbar·L/sHelium leak test