石墨熱場介紹

石墨熱場介紹熱場是真空電阻爐的核心部分，它的好壞直接影響到爐子的性能及其運(yùn)營成本。熱場的設(shè)計(jì)是多種多樣的，具體選擇哪一種設(shè)計(jì)方案，主要基于對工藝流程的具體分析。大多數(shù)真空電阻爐的熱場包括四個(gè)主要組成部分: 加熱器及其連接部件隔熱部件(或者反射屏)熱場支撐部件工件承載爐床 從形狀上來劃分，熱場可以有方形和圓形之分，圓形熱場在真空爐領(lǐng)域中 占有較高的比例。為了能夠從爐膛中方便地安裝和移除，所有的熱場都被建造 成為模塊的形式。

加熱器大多數(shù)高溫真空爐是采用電阻加熱的方式。加熱器的選材可以是金 屬或者石墨。根據(jù)需要，加熱器可以設(shè)計(jì)成多種形式。加熱器材料的選擇主要 取決于工作溫度。對于低工作溫度的，例如真空回火爐來說，價(jià)格便宜的鎳鉻 合金就可以勝任。對于需要高溫，用來做熱處理的諸如，淬火爐和釬焊爐來說， 鉬和石墨是目前最流行的材料。

多年以來，鉬金屬幾乎完全專用于真空熱處理和釬焊爐中，同時(shí)也普遍存 在一種誤解是說:從石墨材料中排放的物質(zhì)會和某些材料起化學(xué)反應(yīng)并且污染爐 內(nèi)工件。早期石墨加熱器僅限于形狀簡單的那種，而且石墨部件之間的的連接 和電學(xué)性能不是很穩(wěn)定。隨著石墨材料性能和加工工藝的提高，已經(jīng)有越來越 多的石墨加熱器應(yīng)用到熱處理和釬焊爐中，在數(shù)量上已經(jīng)超過了鉬加熱器。石 墨加熱器的主要優(yōu)勢是:設(shè)計(jì)輕巧，形狀豐富，持久耐用和易于維護(hù)。

隔熱部件/反射屏

鉬金屬和石墨(碳纖維石墨化氈)也可用于真空爐的隔熱部件。在一個(gè)全金 屬熱場中，隔熱屏是由多層金屬板構(gòu)成的，每層隔熱板之間預(yù)留一定的空間。 例如，在一個(gè) 1315工作溫度的標(biāo)準(zhǔn)真空爐中，隔熱屏往往內(nèi)部由兩層鉬薄板， 還有外面三層不銹鋼薄板構(gòu)成。如果要求更高的工作溫度，鉬薄板的層數(shù)以及 每一層的厚度都要隨之增加。如果工作溫度超過1650，可以用鉭薄板來替代 鉬薄板。對于全金屬熱場來說，隔熱性能的好壞主要取決于金屬薄板之間的層 數(shù)及間隔，這些間隔用來防止熱量從熱場中心區(qū)域向外輻射傳導(dǎo)。由于鉬薄板 所具有的反射特性，使得從熱場中心區(qū)發(fā)出的熱輻射重新反射給位于熱場中心 的工件。全金屬熱場往往適用于對真空度和清潔度要求很高的使用環(huán)境(例如: 醫(yī)療器械的生產(chǎn))。對于全金屬熱場來說，需要注意的是鉬金屬在 1150以上， 由于金屬的重結(jié)晶會產(chǎn)生脆化現(xiàn)象，脆化的金屬隔熱屏容易受到掉落到屏上面 的夾具或工件的損傷。由于鉬金屬價(jià)格較高，全金屬熱場的成本也往往要高于 其他材料制成的熱場。

還有一種流行的設(shè)計(jì)方案是采用石墨材料制作熱場隔熱部件。標(biāo)準(zhǔn)的石墨 保溫材料由板狀或者多層毯狀石墨化碳纖維材料組成，在靠近熱場中心的內(nèi)表 面往往需要加覆一層石墨紙或碳碳復(fù)合材料薄板用來提高熱反射率和防止高壓 氣流的沖刷。由于石墨材料本身所具有的多孔性和可滲透性，各層隔熱材料之 間不需要預(yù)留額外的空間。石墨材料具有優(yōu)良的隔熱性能，成本通常較金屬屏 低，而且非常易于使用。就制造成本，耐用性和可維護(hù)性而言，石墨隔熱軟氈 較石墨隔熱硬氈具有一定的優(yōu)勢。


通過生產(chǎn)實(shí)踐，金屬隔熱屏往往不適于環(huán)境惡劣的真空釬焊工藝。來自于 焊料的金屬物質(zhì)會沉積在金屬隔熱屏的表面，由于隔熱屏與所附著的焊料物質(zhì) 的熱膨脹系數(shù)不同，金屬隔熱屏?xí)a(chǎn)生彎曲變形與斷裂，這會最終降低金屬屏 的隔熱性能。金屬屏在遇到銅焊合金濺射的情況下很容易受到損傷，導(dǎo)致屏的 表面形成孔洞，熱量會從這些孔洞中傳遞出去。當(dāng)然，使用厚一些的金屬屏特 別是鉬合金的屏?xí)娱L金屬熱場的使用壽命，但是卻增加了可觀的成本。比較 好的解決方案是采用石墨材料制作隔熱部件，實(shí)踐證明，盡管在釬焊工藝中會 有很多焊料沉積在石墨隔熱材料的表面，但是卻不會發(fā)生熔解的焊料與石墨隔 熱材料的熔合現(xiàn)象。雖然有人會質(zhì)疑，認(rèn)為石墨材料比金屬材料更容易吸收水 分，水分對釬焊工藝過程危害很大，但是，實(shí)踐證明熱場周而復(fù)始的升溫與降 溫會很好地排除石墨隔熱材料中的水分。


熱場承載部件


根據(jù)爐體的形狀，熱場承載部件通常由一個(gè)或多個(gè)圓形鋼環(huán)組成，材料通 常采用不銹鋼而不是普通的碳鋼，不銹鋼雖然使成本有所增加，但是卻大大增 加了其耐用性。在大多數(shù)真空爐設(shè)計(jì)中，在不銹鋼環(huán)的四周遍布?xì)怏w噴嘴，因 此，熱場承載部件還扮演了一個(gè)讓氣體全方位遍布整個(gè)工件的角色。隔熱部件 是通過各種形狀的不銹鋼部件固定在熱場承載部件上面的。

工件承載爐床工件承載部件是設(shè)計(jì)用來支撐熱處理工件的部件，其制作材 料仍然是目前流行的金屬鉬和石墨。通常是在爐床上建造滑軌用以負(fù)荷工件， 并且通過螺釘固定安裝在爐膛外面的加強(qiáng)區(qū)域。由于材料的強(qiáng)度高，對于同樣 重量的工件，鉬爐床可以建造得比石墨爐床更輕。在長期周而復(fù)始的熱環(huán)境下， 鉬制軌道會產(chǎn)生一定程度的變形。石墨爐床盡管重量大一些，還有其在低溫下 熱容量較大，但是石墨爐床不會熱變形，還有就是石墨良好的導(dǎo)熱性降低了它 的一些不利因素。盡管石墨比鉬便宜，石墨的導(dǎo)軌卻由于石墨的脆性的特點(diǎn)容 易在裝載工件的時(shí)候掉屑。進(jìn)來新研發(fā)的石墨纖維材料可以防止掉屑的發(fā)生， 但是造價(jià)比較高，甚至比鉬制材料還要高。

在選擇爐床材料時(shí)遇到的主要問題是高溫環(huán)境下出現(xiàn)的固體共熔現(xiàn)象，就 是說爐床材料與工件材料有時(shí)在高溫下會出現(xiàn)共熔現(xiàn)象。例如，在1165的溫 度以上，碳會和鎳金屬發(fā)生局部的共熔現(xiàn)象。鎳金屬是很多鋼材里面常用的金 屬元素(特別是不銹鋼)，因此這些鋼制部件在熱處理過程中不能和石墨爐床或 者夾具發(fā)生接觸。由于這個(gè)原因，石墨爐床滑軌通常需要安裝陶瓷或者鉬制部 件用來把工件和石墨爐床隔離。在特定條件下，金屬鉬也會和某些材料發(fā)生共 熔現(xiàn)象。而且金屬鉬可以和一些鋼材中常用的金屬合金產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，但是往 往反應(yīng)溫度遠(yuǎn)高于正常熱處理溫度范圍。