Jakie są krytyczne cechy konstrukcyjne płyty grzewczej do próżniowej prasy na gorąco?

Prasa na gorąco w komorze próżniowej stwarza-dwa problemy. Musi stosować równomierne ciepło i ciśnienie, aby połączyć materiały, jednocześnie nie zanieczyszczając nieskazitelnej próżni odgazowującymi substancjami organicznymi lub uwięzionym gazem. Normalne atmosferyczne płyty grzewcze nie przetrwają w tej nieskazitelnej,-atmosferze o wysokiej stawce. Zaprojektowanie od podstaw płyty grzewczej prasy próżniowej na gorąco, mając na uwadze czystość materiału, hermetyczne uszczelnienie i dystrybucję ciepła. W zastosowaniach takich jak łączenie kompozytowe komponentów lotniczych, hermetyzacja półprzewodników lub łączenie dyfuzyjne metali, sama płyta dociskowa staje się kluczowym narzędziem procesowym.

Specjalne wymagania środowiska próżniowego
W komorze próżniowej nie ma konwekcji atmosferycznej. Przenoszenie ciepła z płyty do przedmiotu obrabianego może odbywać się wyłącznie poprzez przewodzenie (w punktach styku) i promieniowanie. To sprawia, że ​​płaskość i równomierność termiczna powierzchni płyty dociskowej jest jeszcze ważniejsza niż w powietrzu. Jakakolwiek przestrzeń pomiędzy płytą a obrabianym przedmiotem ogranicza efektywny kontakt i powoduje różnicę temperatur.

Tymczasem środowisko odkurzacza jest bardzo podatne na zanieczyszczenia. Odgazowanie-uwolnienie uwięzionych gazów, wilgoci lub lotnych związków organicznych z materiałów-może spowodować pogorszenie poziomu próżni, zanieczyszczenie przedmiotu obrabianego lub uszkodzenie pomp próżniowych. Dlatego konstrukcja płyty grzewczej w prasie próżniowej na gorąco powinna być wykonana z materiałów-o bardzo niskim poziomie odgazowania i-szczelna.

Krytyczny wybór materiałów zapewniających niskie odgazowanie
Korpus płyty powinien być wykonany z metalu nadającego się do próżni. Popularne opcje obejmują:

Stal nierdzewna 316L - Najpopularniejsza opcja. Ma niskie odgazowanie, doskonałą wytrzymałość mechaniczną w wysokich temperaturach i odporność na utlenianie podczas wypalania próżniowego. Zazwyczaj wykończenie powierzchni jest polerowane lub elektropolerowane, aby zminimalizować powierzchnię i dodatkowo ograniczyć odgazowanie.

Stopy aluminium (6061 lub 7075) poddane specjalnej obróbce - Zwykłe aluminium nie jest przyjazne dla odkurzacza ze względu na grubą, porowatą powłokę tlenkową, która gromadzi wilgoć. Jednak w przypadku zastosowań w umiarkowanych temperaturach (poniżej 250 stopni) można zastosować specjalne czyszczenie i pieczenie próżniowe aluminium.. 316L jest zdecydowanie preferowany w przypadku ultra-wysokiej próżni (UHV).

Inconel lub inne nadstopy - Stopy Inconel lub Haynes są przeznaczone do zastosowań w temperaturach powyżej 500 stopni, gdy stal nierdzewna traci wytrzymałość. Mają one bardzo niskie ciśnienie pary w wysokiej temperaturze.

Wszystkie elementy wewnętrzne, w tym elementy grzejne, izolacja, przewody termopar i materiały uszczelniające, muszą spełniać limity odgazowywania ustalone przez normy takie jak ASTM E595 (do zastosowań kosmicznych i próżniowych) przy całkowitej utracie masy (TML) 1,0% i zebranej lotnej substancji kondensującej (CVCM) 0,1%.

Materiały, których należy unikać:

Standard aluminium (wysokie odgazowanie, porowaty tlenek).

Tworzywa sztuczne lub polimery (z wyjątkiem kilku gatunków o wysokiej-temperaturze i niskim odgazowaniu, takich jak Vespel czy Kapton, używanych oszczędnie).

Viton lub konwencjonalne elastomery (silikon lub fluorosilikon mogą być dopuszczalne w ograniczonych warunkach; ogólnie preferowane są-uszczelki metalowe).

Elementy grzejne-Kompatybilne z próżnią, hermetycznie zamknięte
Płyta jest osadzona w elementach grzejnych, które należy hermetycznie uszczelnić, aby uniknąć odgazowania lub cząstek przedostających się do wnętrza. Akceptowalne projekty to:

Przewody grzejne w-izolacji mineralnej (MI) - Drut oporowy (NiCr lub odpowiednik) otoczony sproszkowanym proszkiem tlenku magnezu (MgO) w bezszwowej metalowej osłonie (Inconel, 316SS lub stop 600). Podczas produkcji MgO jest suchy i odgazowywany próżniowo. Końce osłony są zespawane.

Standardowe grzejniki kasetowe często mają organiczne uszczelki końcowe, które powodują odgazowanie. Grzejniki kasetowe ze spawanymi zamknięciami Do obsługi odkurzaczy można stosować wyłącznie warianty z całkowicie spawanymi zaślepkami i wypełnieniem MgO.

Obudowane elementy rezystancyjne - W przypadku cienkich płyt dociskowych grzejniki z trawionej folii można hermetycznie zamknąć pomiędzy dwiema metalowymi płytami za pomocą spawania laserowego na obwodzie.

Wewnętrzne przewody łączące elementy grzejne z przepustami należy zaizolować materiałami o niskim stopniu odgazowania. Najlepiej, aby cały przebieg był kablem w izolacji mineralnej. Jeśli wymagany jest elastyczny drut, odpowiednia jest izolacja PTFE lub Kapton (poliimid), ale należy ją dokładnie wypalić próżniowo. Brak standardowego drutu z PVC lub nylonu.

Przepusty elektryczne i termopara (hermetyczne)
Wszelkie przewody zasilania elektrycznego lub przewody czujników wychodzące z atmosfery na zewnątrz komory próżniowej do płyty dociskowej muszą przechodzić przez barierę próżniową. Odbywa się to za pomocą przejść ceramicznych-do-metalu. Standardowa płyta dociskowa do prasowania na gorąco w prasie próżniowej charakteryzuje się:

Przepusty zasilające - Dwa lub więcej przewodów (w zależności od ogrzewania jedno- lub trój-fazowego, odpowiednio) przylutowanych do metalowego kołnierza lub bezpośrednio do korpusu płyty. Izolator ceramiczny składa się zazwyczaj z 95% lub 99% tlenku glinu i jest hermetycznie uszczelniony z metalem.

Przepusty termopary - Przedłużenia termopary Finewire (typ K lub J) przebiegają przez próżnioszczelną złączkę, zwykle z małą uszczelką ceramiczną-na-metalową.

Te przepusty muszą być przystosowane do temperatury roboczej płyty dociskowej (zwykle 300–500°C w przypadku zastosowania prasy próżniowej na gorąco) i różnicy ciśnień (1 atm na zewnątrz, próżnia wewnątrz). Są testowane pod kątem szczelności za pomocą spektrometru mas z helem, aby uzyskać współczynnik wycieku mniejszy niż 10⁻⁹ mbar·L/s.

Każde wgłębienie w płycie- – takie jak ślepy otwór na termoparę lub gwintowana kieszeń na element mocujący – może być „wirtualnym wyciekiem”. Ważne: Gaz uwięziony w takich wnękach będzie stopniowo wyciekał do próżni, wydłużając czas odpompowywania i pogarszając ciśnienie podstawowe. Architektura musi umożliwiać kanały wentylacyjne do tych wnęk, aby połączyć je ze środowiskiem zewnętrznym, w przeciwnym razie należy je całkowicie usunąć. Na przykład studzienka termopary jest zwykle odpowietrzana przez mały otwór (o średnicy 0,5–1,0 mm) wywiercony na powierzchni płyty dociskowej, umożliwiając usunięcie uwięzionego powietrza.

Jednorodność termiczna w warunkach próżni
W przypadku braku konwekcyjnego przepływu powietrza wspomagającego dystrybucję ciepła, płyta dociskowa musi opierać się wyłącznie na przewodzeniu i promieniowaniu wewnętrznym, aby uzyskać jednolitą temperaturę powierzchni. Kluczowe cechy konstrukcyjne zapewniające jednolitość:

Zoptymalizowany układ grzejników - Elementy grzejne są rozmieszczone w oparciu o analizę elementów skończonych (FEA) w taki sposób, aby odchylenie temperatury powierzchni roboczej mieściło się w granicach ±2–5 stopni. Często istnieje kilka niezależnie sterowanych grzejników i termopar do sterowania strefą.

Gruby korpus płyty o wysokiej przewodności - Grubsza płyta (np. 25–40 mm) poprawi boczną dystrybucję ciepła. Istnieje jednak kompromis między grubością i wagą a reakcją termiczną.

Płaskość i polerowanie powierzchni - Górna powierzchnia styku jest szlifowana na płasko z dokładnością do 0,025–0,05 mm (0,001–0,002 cala) nad obszarem płyty dociskowej. Dobre wykończenie powierzchni (Ra < 0,8 μm) zapewnia skuteczny kontakt termiczny z obrabianym przedmiotem i zmniejsza powierzchnię odgazowywania.

Izolacja za płytą-Niepracująca strona płyty jest zwykle izolowana płytami z włókna ceramicznego o niskim-odgazowaniu (np. włóknem krzemionkowym lub aluminiowym), aby kierować ciepło do przodu. Płyty te należy wypalić w celu usunięcia spoiw i substancji lotnych.

W rzeczywistości płyty dociskowe są często wypalane przed użyciem w próżni, często w temperaturze 150–300 stopni pod próżnią przez wiele godzin, aby usunąć wchłoniętą wilgoć i resztkowe zanieczyszczenia. Po wypieczeniu płyta osiągnęła stabilny stan niskiego odgazowania.

Lista kontrolna projektu płyty grzewczej z prasą próżniową na gorąco
Dokładna lista kontrolna projektu płyty grzewczej do prasy próżniowej na gorąco jest następująca:

Kategoria Metoda weryfikacji cechy krytycznej
Body material 316L stainless steel (or Inconel for >500 stopni) Certyfikat materiału Obróbka powierzchniowa (elektropolerowanie)
Hermetycznie uszczelniony kabel w-izolacji mineralnej (MI) Element grzejnyBez organicznych uszczelek końcowych, spawana osłona
Izolacja wewnętrzna Zagęszczony MgO (suchy, odgazowany próżniowo) Dane producenta dotyczące odgazowania za pomocą odkurzacza
Przejścia ceramiki-do-metalu, stopień nieszczelności<10-9 mbar·L/sHelium leak test