Jak wybrać materiał płyty grzewczej i typ grzejnika dla prasy do spiekania w wysokiej-próżni i wysokiej-temperaturze?
Zostaw wiadomość
Do spiekania zaawansowanej ceramiki, węglików lub metali ogniotrwałych potrzebna jest prasa, która może pracować w wysokiej próżni i temperaturach, w których standardowe stale tracą swoją strukturę i zaczynają wydzielać znaczne ilości oparów. W tak wysokich warunkach płyta grzejna staje się głównym elementem konstrukcyjnym i termicznym systemu. Dlatego konstrukcja wysokopróżniowej prasy do spiekania do płyt grzewczych opiera się na materiałach, które są stabilne, mocne i-o bardzo niskim poziomie odgazowania w warunkach powyżej 1000 stopni i przy głębokich poziomach próżni.
W tych temperaturach płyta dociskowa jest płonącym kawałkiem tego samego królestwa minerałów, które przetwarza. Doboru materiałów należy dokonać z najbardziej ogniotrwałych elementów dostępnych w praktyce inżynierskiej.
Ekstremalne warunki przetwarzania przy spiekaniu próżniowym
Do zagęszczania materiałów stosuje się prasy spiekające-wysokopróżniowe, które wymagają:
Atmosfery gazowe o ultra-wysokiej czystości
Dokładne profile temperaturowe powyżej 1000 stopni
Kontrolowane zastosowanie ciśnienia podczas procesu spiekania
Niewielkie zanieczyszczenie materiałami narzędziowymi
Środowisko próżniowe zapobiega utlenianiu, ale wymaga bardzo rygorystycznych właściwości dotyczących lotności materiału i odgazowywania.
Dlaczego zwykłe metale zawodzą
Konwencjonalne stale nierdzewne i stopy niklu nie są odpowiednie, ponieważ:
Wytrzymałość mechaniczna szybko maleje powyżej ~ 800-900 stopni
Znaczące odgazowanie w próżni
Zanieczyszczenie przedmiotu obrabianego poprzez zanieczyszczenie powierzchni
Wysokie pełzanie pod obciążeniem
Ograniczenia te wymagają przejścia na metale ogniotrwałe i materiały-na bazie węgla.
Dobór materiału na płytę grzejną pras spiekających w wysokiej próżni
Wybór materiału na płytę grzejną prasy do spiekania w wysokiej próżni zależy od stabilności termicznej, wytrzymałości mechanicznej i kompatybilności próżniowej.
Grafit jako materiał na płytę
Grafit jest powszechnym materiałem stosowanym na płyty do spiekania próżniowego, szczególnie w systemach średnio- i wysokotemperaturowych.
Kluczowe właściwości grafitu
Stabilny w stanie obojętnym lub w próżni do około{0}} stopnia
Bardzo dobra odporność na szok termiczny
Płyta dociskowa jest wysoce podatna na obróbkę skrawaniem w przypadku skomplikowanych geometrii
Stosunkowo niski koszt w porównaniu do metali ogniotrwałych
Powszechnie stosowane w płytach grafitowych obejmują:
Systemy-prasowania na gorąco
Piece do metalurgii proszków
Wytłoczki ceramiczne
Grafit jest jednak porowaty i należy go odpowiednio oczyścić i poddać obróbce, aby ograniczyć odgazowywanie.
Molibden i wolfram do płyt-bardzo wysokotemperaturowych
Do metali ogniotrwałych stosowanych w najbardziej wymagających zastosowaniach spiekania należą molibden i wolfram.
Charakterystyka molibdenu
Temperatura topnienia około. 2620 stopnia
Wysoka sztywność w wysokiej temperaturze
Wyższa przewodność cieplna niż ceramika
Dobra stabilność wymiarowa w próżni
Charakterystyka wolframu
Temperatura topnienia: ~3422 stopnie
Wytrzymałość w wysokiej temperaturze - świetna
Wysoka gęstość i sztywność
Doskonała odporność na pełzanie
W tych temperaturach płyta dociskowa jest płonącym kawałkiem tego samego królestwa minerałów, które poddaje obróbce, z istotnymi cechami materiałowymi wspólnymi z samymi spiekanymi komponentami.
Ograniczenie krytyczne
Molibdenu nie można stosować w atmosferze utleniającej. Wysokie temperatury powodują szybkie utlenianie, co prowadzi do katastrofalnego rozkładu materiału. W związku z tym systemy molibdenowe i wolframowe można eksploatować wyłącznie w:
Warunki wysokiej próżni.
Atmosfery gazów obojętnych (argon, helion)
Zredukowane kontrolowane warunki
Technologie elementów grzejnych płyt próżniowych
Ogrzewanie w wysokopróżniowych prasach spiekających zapewniają odpowiednie elementy ogniotrwałe.
Grzejniki drutowe z molibdenu
Drut molibdenowy jest powszechnie stosowany, ponieważ jest kompatybilny z ustawieniami próżni i wysokich temperatur. Może to być:
Wewnątrz struktury grafitowe
wiszący Za zasłonami światła
Wbudowane wewnętrzne zespoły płyt
Komponenty z węglika krzemu
Pręty SiC są czasami wykorzystywane w systemach o niższej próżni lub przejściowych. Elementy te to głównie promienniki umieszczone na zewnątrz powierzchni płyty.
Dominacja ogrzewania radiacyjnego
Konwekcja nie jest istotna przy wysokiej próżni. Podstawowym sposobem transportu ciepła jest:
Promieniowanie z elementu grzejnego
Przewodzenie struktury płyty
Osłony termiczne, które są odblaskowe
Kontrola odgazowania i kompatybilność z próżnią
Istotne jest, aby materiał był czysty, ponieważ jakikolwiek gaz wydzielający się w systemach spiekania próżniowego może uszkodzić próżnię i zanieczyścić wynik spiekania.
Źródła zanieczyszczeń
Typowymi źródłami zanieczyszczeń są:
Organiczne pozostałości olejów maszynowych
Zaabsorbowana wilgoć obecna w powietrzu
Lotne zanieczyszczenia w materiałach podstawowych
Tlenki i związki węgla na powierzchniach
Procedury pieczenia próżniowego-
Zazwyczaj zespoły płyt są wypalane w kontrolowanym cyklu przed użyciem.
W tym procesie:
Ogrzewanie płyty w warunkach próżniowych
Temperatura jest wyższa niż żądany poziom operacyjny
Substancje lotne są wydalane z matrycy substancji
resztkowe gazy są wypompowywane z układu
Ta procedura wstępnego kondycjonowania jest konieczna do zapewnienia stabilnej wydajności próżni podczas cykli produkcyjnych.
Rozważania dotyczące projektu mechanicznego i termicznego
Płyty dociskowe wysokotemperaturowe muszą być stabilne wymiarowo pod wpływem naprężeń termicznych i ciśnienia mechanicznego.
Kontrola rozszerzalności cieplnej
Grafit i metale ogniotrwałe charakteryzują się różną rozszerzalnością cieplną. Projekt systemu powinien uwzględniać:
Równomierna ekspansja na dużych powierzchniach płyt
Unikanie koncentracji naprężeń termicznych
Kontrolowane gradienty ogrzewania podczas narastania i opadania
Wymagania dotyczące obciążenia
W zastosowaniach związanych z prasowaniem na gorąco płyta dociskowa jest także elementem konstrukcyjnym-nośnym. Wybór materiału musi zatem uwzględniać:
Odporność na pełzanie przy stałym obciążeniu
Moduł sprężystości w temperaturze roboczej
stabilność długotrwałych-odkształceń
Przegląd porównawczy doboru materiałów
Materiał Maksymalna temperatura Zgodność z próżnią Wytrzymałość mechaniczna Typowe zastosowanie
Grafit ~2500 stopni Znakomity (próżniowy/obojętny) Umiarkowany Ogólna płyta do spiekania
Molibden ~2620 stopni Doskonała (tylko-nieutleniająca) Wysoka-precyzyjna prasa
Wolfram ~3422 stopnie Znakomity (tylko-nie utleniający) Systemy o bardzo wysokich temperaturach ekstremalnych
Architektura systemu i integracja procesów
Ogólnie rzecz biorąc, systemy płyt grzewczych są łączone z wyrafinowanymi układami-zespołów pras piecowych, takimi jak:
Systemy zarządzania ciepłem dla wielu-stref
Systemy pomp próżniowych (wysoka i ekstremalnie wysoka próżnia)
Stosy osłon przed promieniowaniem
Systemy prasujące (hydrauliczne lub mechaniczne)
Niezawodne sieci monitorowania temperatury
Każdy podsystem musi być zaprojektowany tak, aby był stabilny w środowiskach charakteryzujących się wysoką temperaturą i próżnią.
Zamykanie myśli
Decyzja inżynierii materiałowej dotycząca wyboru płyty grzewczej do wysokotemperaturowej-prasy do spiekania próżniowego jest jedną z najbardziej ekstremalnych w projektowaniu obróbki cieplnej. Grafit, molibden i wolfram charakteryzują się własną, unikalną mieszanką stabilności termicznej, wytrzymałości mechanicznej i kompatybilności próżniowej, umożliwiając pracę w temperaturach, w których inne materiały konstrukcyjne zawiodłyby.
Zatem wysokopróżniowa prasa do spiekania z płytą grzejną jest specyficznym systemem o wysokiej wartości, wykonanym z komponentów, które są w stanie przetrwać trudne warunki, które pomagają wytworzyć. Wybór materiałów w tym obszarze polega zasadniczo na badaniu górnego końca układu okresowego, którego wydajność zależy od stabilności materiału ogniotrwałego i zachowania w ultra-wysokiej próżni.
Najgorętsze procesy produkcyjne narzędzi zbudowanych na tych samych podstawowych podstawach ostatecznie powstają w najbardziej ekstremalnych warunkach w przyrodzie, gdzie ograniczenia termiczne i strukturalne spotykają się na granicy możliwości materiałowych.
