1600 kraadi kõrge temperatuuriga kast - tüüp laboratoorne paagutusahi

1600 - kraadi kõrge - temperatuurikast - tüüp laboratoorne paagutusahju tõuseb kambris nagu taltsutatud metsaline, vaikne, kuid samas tõus. Vaatlusakna kaudu võib näha keraamilise rohelise keha, mis toimub teisenduse -. Algselt hallikas - valge roheline kere omandab järk-järgult jadelaadse läige, tõendid kristalliliste faaside ümberkorraldamise kohta kõrgel temperatuuril.

Laboris vahib professor Zhang tähelepanelikult temperatuuri kõvera kuva, tema sõrmed kohandavad pidevalt juhtpaneelil olevaid parameetreid. "Tõstke veel 50 kraadi," ütleb ta oma assistendile. "Olge ettevaatlik, et säilitada püsiv kuumutamiskiirus, vastasel juhul põhjustavad roheliste keha sisemised pinged mikrokraid."

Kõrge - temperatuuriga paagutamine on kriitiline samm keraamiliste materjalide omaduste optimeerimisel. 1600 kraadi äärmuslikes tingimustes on materjali aatomitel piisavalt energiat energiabarjääride ületamiseks ja rekombineerimiseks, moodustades tihedama ja stabiilsema mikrostruktuuri. Kuid see protsess ei ole alati sujuv purjetamine - temperatuuri kõikumised, ebatäpne atmosfääri juhtimine ja isegi rohelise keha kompositsioonilised ebahomogeensused võivad põhjustada paagutamist.

Järsku kõlas jälgimissüsteem häire, teatades ahju hapnikusisalduse ebanormaalsetest kõikumistest. "Kiire, lülitage lämmastikukaitsele!" Professor Zhang vastas kiiresti. Tema assistent reguleeris kohe gaasiklapi, asendades õhu inertse atmosfääriga. Sekundid hiljem stabiliseerusid andmed. Professor Zhang hingas kergenduse: "Jumal tänatud, et saime selle õigeks ajaks kinni, vastasel juhul oleks see tsirkooniumoksiidiproovid oksüdeerunud."

Kõrge - temperatuuriga paagutusahjud pole ainult seadmed; Nad on materjaliteaduse "alkeemikud". Temperatuurid, mida nad kasutavad keraamikale enneolematu tugevuse, soojustakistuse ja elektriliste omadustega. Lennundusest kuni elektroonikani lükkavad need materjalid, mis on kahanenud tuhandetel kraadidel, inimtehnoloogia piire.

1600 kraadi kõrge - temperatuurikast - Tüüp Laboratory Paakumissahi on kõrge - temperatuuriga materjalide paagutamine. Töötemperatuuriga kuni 1600 kraadi võib see vastata kõrgele - temperatuuriga paagutamise, sulamise ja kristalliseerumise nõuetele keraamika, metallide ja komposiitmaterjalide kõrgele. Seda kasutatakse laialdaselt alusuuringutes ja väikest - partii tootmist sellistes valdkondades nagu materjaliteadus, keraamikatehnika, pulbri metallurgia ja kosmose. Järgnev on seadme üksikasjalik kirjeldus, sealhulgas selle määratlus, põhistruktuur, tööpõhimõte, rakenduse stsenaariumid ja peamised tööpunktid:

I. Põhi määratlus

See seade on kast - tüüp High - temperatuuri eksperimentaalne ahi. Selle põhifunktsioonid hõlmavad temperatuuri juhtimist ja stabiilset kõrget - temperatuurikeskkonda. Materjalide paagutamisprotsessi (näiteks osakeste difusioon, tihenemine ja faasi muundamine) simuleerides kõrgel temperatuuril, optimeerib see materjali omadusi (näiteks suurenenud tugevus ja tihedus ning aktiveeritud funktsionaalsed omadused). Selle 1600 -kraadine temperatuurivõime võimaldab tal töödelda kõrget - sulamist - punktmaterjalid (näiteks alumiiniumoksiidi keraamika ja räni karbiidi komposiidid), mida ei saa tavapärase seadme abil paagutada.

Ii. Põhistruktuur ja tehnilised omadused

1. ahju keha ja isolatsioonisüsteem

1600 kraadi kõrge temperatuur seab soojus isolatsiooni nõuded palju kõrgemad kui keskmine - ja madal - temperatuuriahjud. Konstruktsiooni kujundus peab tasakaalustama kõrgete temperatuuride säilitamist koos energiatarbimise kontrollimisel:

Korpus: valmistatud 3 - 5mm paksust külm - veeretatud terasest plaadid, mis on keevitatud, pind läbib kõrge - temperatuuri korrosioonikaitse (nt liivapritsimine ja pihustamine kõrge - temperatuurikindla värviga). Mõnel kõrgel - lõppmudelitel on topelt - kihiline vesijahutusega jope (pidevaks tööks 1600 kraadi juures), et vältida korpuse temperatuuri üle 60 kraadi (toatemperatuuril).

Isolatsioon: kasutab multi - kihi komposiitisolatsiooni struktuuri, seestpoolt väljapoole:

Sisekiht: polükristalliline lahke kiudplaat (soojustakistus 1800 kraad, soojusjuhtivus, mis on väiksem või võrdne 0,12W/(M ・ K)), mis on otse ahju kõrge temperatuuriga kokku puutunud;

Keskmine kiht: alumiiniumoksiidi õõnesfääri tellised (al₂o₃ sisaldus on suurem või võrdne 90%, soojustakistus 1700 kraadi, kerge ja kõrge tugevus), vähendades soojuskadu kiirguse teel;

Väline kiht: alumiiniumoksiidi silikaatkiudtekk (kuumakindlus 1260 kraad) + peegeldav kiht (alumiiniumfoolium või nikkel - kroomisulami foolium), blokeerides veelgi soojusjuhtivust.

See integreeritud isolatsioonisüsteem tagab 1600 -kraadise töö korral soojuskaose kiiruse väiksemaks või võrdseks, vähendades energiatarbimist umbes 40% võrreldes 1400 -kraadise ahjuga.

Ahjuukse kujundus: külg - avamine või vertikaalne tõste, mis on varustatud topelt - tihendiga (keraamilise kiudrossi sisemine kiht, kõrge {- temperatuurikindla silikoonkummi välimine kiht), ahju korpuse ja suletud ukse vahel on vähem kui 1mm. Mõned mudelid hõlmavad funktsiooni "Kergelt avatud heitgaasi" (lünka saab nupuga reguleerida), et hõlbustada paagutamise ajal lenduvate ainete (näiteks vee ja orgaanilise aine) tühjenemist.

2. ahjukamber ja laadimissüsteem

Ahjukamber on põhipiirkond, kus materjalid on otsese kontaktiga ja peavad olema vastupidavad kõrgete temperatuuride, korrosiooni ja madala saastumise suhtes.

Ahjukambri materjal:

Üldised rakendused: 99% kõrge - puhtuse korundikamber (al₂o₃ suurem või võrdne 99% -ga), temperatuuritakistusega 1700 kraadi ja suurepärase termilise šokitakistusega (pragunemine kiire jahutuse temperatuuri erinevusega, mis on väiksem kui 200 kraadi), mis sobib segneeriva keraamika ja oksiidmaterjalide jaoks.

Spetsiaalsed rakendused (nt materjalid, mis sisaldavad räni või süsinikku): räni karbiidi koos räni nitriidi kambriga (sic - si₃n₄), mille temperatuuritakistus on 1600 kraadi ja takistus räni aurude korrosioonile, takistades reaktsiooni kambri ja proovi vahel.

Mõõtmed: tavalised laboratoorsed ahjukambrid on vahemikus 10-50L (nt 300 × 200 × 200 mm). Suuremaid suurusi saab kohandada (vajab suuremat kuumutusvõimsust).

Koormus - laagrikomponendid: ahjukamber on varustatud tavalise korundiriiuliga (paksus suurem või võrdne 10 mm) või molübdeeni sulamisulamiga (sobib inertse atmosfääri jaoks), mis mahutab proovisid mitme kihiga (mille ulatus on suurem kui 50 mm või võrdne 50 mm -ga). Kuumuse juhtivuse kadude vähendamiseks asetatakse riiuli ja ahjukambri kontaktpunkti.

3. Küttesüsteem

Kõrge temperatuuriga nõue 1600 kraadi paneb temperatuurikindluse ja stabiilsuse kütteelementide jaoks eriti suured nõudmised. Ühised elemendid ja nende omadused on järgmised:

Kütteelemendid

Materiaalne

Kõrge temperatuuri takistus (kraad)

Rakendatav atmosfäär

Omadused

Ränikarbiidi vardad: räni karbiidi (sic) 1650 -kraadine õhk, inertne atmosfäär: kõrge vastupidavus toatemperatuuril, käivitamiseks - up; Ühtne kuumutamine, kuid vibratsiooni tõttu habras ja kalduvus purunemisele.

Molübdeenide diliktiidiivardad: molübdeenide dilikitsiid (Mosi₂) 1700 kraadi õhk: tugev kõrge - temperatuuri oksüdatsiooniresistentsus ja pikk kasutusaeg (kuni 2000 tundi 1600 kraadi juures), kuid madal külmakindlus nõuab pinge vähendamist - üles.

Molübdeeni traadi (riba): puhas molübdeen (MO) 1800 kraadi inert/vaakum: kõrge kuumutamise efektiivsus, kuid kalduvus läbipõlemisele oksüdeerivates atmosfäärides, vajades vaakumi või argooni kaitset.

Küttekujundus: võtab enamasti kasutusele "ruumilise" disaini (ahju mõlemad küljed + ülaosa + kütteelemendid jagunevad ühtlaselt kogu ahju põhjas, et tagada temperatuuri ühtlus ahjus väiksema või võrdsusega ± 5 kraadi (1600 kraadi juures), mis takistab kohalikke temperatuuride erinevusi, mis võib põhjustada proovide ebaühtlast paagutamist.

Toitekonfiguratsioon: 10L ahi vajab 10-15kW ja 50L ahi vajab 25-35kW. Samuti on vaja spetsiaalset trafo (stabiilse väljundpingega), et vältida toitevõrgu kõikumisi kuumutamise stabiilsust.

4. Temperatuuri juhtimis- ja seiresüsteem

Temperatuuri kontroller: kasutab kõrget - täpset intelligentset PID -kontrollerit (näiteks Jaapani Shimadeni või Saksamaa Weishaupt). See toetab mis tahes temperatuuri seadistamist 0-1600 kraadi, reguleeritava kuumutamiskiirusega 0-20 kraadi /min (mõned mudelid toetavad 0,1 kraadi /min sammu), hoideaeg 0-9999 tundi ja temperatuurikontrolli täpsust ± 1 kraadi.

Temperatuuri mõõtmise element:

Õhuõhk Atmosfäär: B-tüüpi termopaar (PT30RH - PT6RH, mõõtevahemik 0-1800 kraadi), sisestatud otse ahju keskele, reageerimisaeg on vähem või võrdne 1 sekundiga;

Vaakum/inertne atmosfäär: tüüp R termopaar (PT13RH - pt, saastumise suhtes vastupidavam) või infrapunatermomeeter (mitte - kontakt, et vältida termopaari saastumist).

Programmi juhtimine: toetab multi - etapi kaldtee - hoidke - jaheda kõveraid (nt "20 kraadi → 500 kraadi (10 kraadi /min) → hoidke 2 tundi → 1600 kraadi (5 kraadi /min) → hoidke 4 tundi → Natural jahutamine" Lavaga "{12 {{Completer Process, Completer (Completer Process (" pre - tulistamine ja paagutamine).

Safety features include built-in over-temperature alarm (audible and visual alarm + power off when deviation >10 kraadi), termopaaride tõrkekaitse (kuumutamine peatub kohe, kui termopaar ebaõnnestub), ülevoolukaitse (reisid, kui vool ületab 1,2 -kordse hinnaga väärtusest) ja ukse lukustumise (lõikab ukse avamisel automaatselt küttejõu).

Iii. Tööpõhimõte

Paagutamine on materjalide tihenemine kõrgel temperatuuril läbi - osakeste difusiooni, sidumise ja pooride elimineerimise. Seadme põhifunktsioon on stabiilse kõrge - temperatuurikeskkonna pakkumine, soodustades järgmisi füüsilisi ja keemilisi muutusi:

Osakeste kontakt: materiaalsed pulbrid (näiteks keraamilised pulbrid ja metallipulbrid) tuuakse surve või raskusastmega tihedasse kontakti. Kõrge temperatuur suurendab osakeste pinna aatomite kineetilist energiat, murdes difusioonbarjääri;

Kaela moodustumine: osakeste kontaktpunktis moodustub "kael" (sarnaselt veepiiskade sulandumisega), kasvades ja ühendades tervikuna;

Tihestumine: temperatuuri tõustes on poorid täidetud ja materjali tihedus suureneb esialgselt 50% -60% -lt üle 90% (näiteks alumiiniumoksiidi keraamika võib pärast 1600 kraadi paagutamist ulatuda üle 95%);

Faasimuundumine: Mõned materjalid (näiteks plii tsirkonaadi titanaatkeraamika) läbivad kõrgetel temperatuuridel kristallide muundamise (nt tetragonaalne kuupmeetri), aktiveerides nende piesoelektrilisi ja dielektrilisi omadusi.

IV. Tüüpilised rakenduse stsenaariumid

Konstruktsioon keraamiline paagutamine: näiteks nõuavad alumiiniumoksiidi keraamika (al₂o₃) ja tsirkooniumoksiidi keraamika (Zro₂) 1600 kraadi temperatuure, et saavutada teravilja ühtlane kasv ja tihedus, ning neid kasutatakse kulumise tootmisel - vastupidavad osad ja kõrged - temperatuuri konstruktsioonilised komponendid.

Funktsionaalne keraamika: näiteks baarium titanaat (batio₃) keraamika (paagutamine 1600 kraadi juures annab kõrge dielektrilise konstandi, mida kasutatakse kondensaatorites) ja alumiiniumnitriidi (ALN) keraamika (kõrge- temperatuur vähendab hapnikku ja parandab termilisust).

Pulbri metallurgia: kõrge - sulamine - punktmetallid (näiteks volfram- ja molübdeensulamid) või metallidevahelised ühendid (näiteks tial) . 1600 aste soodustab difusiooni keevitamist ja parandab materjali tugevust.

Tulekindlad materjaliuuringud: näiteks testivad Corundumi tulekindlate telliste toorainete paagutamise katsed postitust - paagutamine Lineaarsed muutused, survetugevus ja muud erinevate preparaatide omadused 1600 kraadi juures.

Komposiitide liidese juhtimine: näiteks süsinikkiust - tugevdatud keraamiliste maatriksi komposiitide (c/sic) korral soodustab paagutamine 1600 kraadi juures kiu ja maatriksi vahelist pindadevahelist reaktsiooni mehaaniliste omaduste optimeerimiseks.

V. Põhi- ja hoolduspunktid

1. töö spetsifikatsioonid

Näidis eeltöötlus:

Pulberproovid peavad olema tihendatud (nt kuiv pressimine või isostaatiline pressimine), et vältida lahtiva pulbri lendamist ja ahju saastumist kõrgetel temperatuuridel.

Plahvatuste vältimiseks tuleb kõigepealt kahandada orgaanilisi materjale (nt sideaineid) (hoides 300–600 kraadi juures 300–600 kraadi) ja seejärel kuumutada aeglaselt (vähem või võrdselt 5 kraadi /min).

Kuumutamine ja jahutus:

Paagutamisel 1600 kraadi juures on proovi soojuspinge pragunemise vältimiseks soovitatav 10 kraadi /min väiksem või võrdne 10 kraadi /min.

Pärast paagutamist tuleb proov looduslikult jahutada alla 800 kraadi (umbes 8–12 tundi), enne kui ahju ukse avamist saab. Sundõhu jahutus on rangelt keelatud (kuna see võib põhjustada ahju plahvatuse või proovi pragunemise).

Atmosfääri juhtimine:

Oksüdeeriv atmosfäär (nt keraamiline paagutamine): hoidke ahju uks veidi lahti või avage väljalaskeklapp, et tagada piisav hapnik.

Inertne atmosfäär (nt metalli paagutamine): esiteks evakueerige atmosfääri (vähem või võrdselt 1 PA), seejärel tutvustage kõrget - puhtuse argooni/lämmastikku (suurem või võrdne 99,999%-ga). Asendage atmosfäär 3-5 korda, hoidke seejärel pisut positiivset rõhku (0,01-0,02 MPa).

2. hooldus ja hooldus

Ahjukambri puhastamine: Pärast iga kasutamist eemaldage ahjukambrist kogu jääkpulber (kasutades pehme pintsli või tolmuimeja), et vältida lisandite sulamist ja sidumist ahjukambriga kõrgel temperatuuril. (Näiteks võivad räni lisandid reageerida Corundumiga, moodustades madala - sulamine - punkt alumiinisilikaadid, mis võivad ahjukambrit söövitada.)

Kütteelementide kontroll:

Ränikarbiidi vardad: kontrollige regulaarselt pragusid ja paindeid. Kui elemendi pinnal toimub "pulbristamine" (liigne oksüdatsioon), asendage see kohe. Kinnitage paigaldamise ajal spetsiaalsete keraamiliste klambritega, et vältida stressi tõttu purunemist.

Molybdeeni dilikticide vardad: vältige kontakti metalliga (madal - sulamine - punktsulam moodustub). Pinnaoksiidi kile (moo₃) on kaitsekiht ja seda ei tohiks kriimustada.

Termopaari kalibreerimine: kalibreerige iga kuue kuu tagant, kasutades tavalist termopaari (näiteks Riikliku Metroloogia Instituudi poolt sertifitseeritud B -tüüpi termopaari), et tagada temperatuuri mõõtmisviga väiksem või võrdne ± 3 kraadi.

Ohutuse ettevaatusabinõud: kandke kõrge - temperatuuri isoleeritud kindaid (resistentsed suuremale või võrdsusele 300 kraadi) ja prillidele töötamisel. 1600 -kraadise ahju otsene vaatamine on intensiivse kiirgava kuumuse tõttu äärmiselt intensiivne. Toksiliste elementide, näiteks plii ja kaadmiumi sisaldavate proovide käitlemisel ühendage heitgaasi kanal aurukapotiga.

Kokkuvõte

1600 kraadi kõrge - temperatuurikast - tüüpi laboratoorne paagutamisahju, mille eelised on kõrge - temperatuuri stabiilsus, temperatuurikontroll ja materjali ühilduvus, on muutunud võtmeinstrumendiks kõrge-- punktmaterjalide sulandumiseks. Selle põhiprintsiip on pakkuda materjalidele ideaalset kõrget - temperatuurikeskkonda, optimeerides isolatsiooni-, kütte- ja temperatuurikontrollisüsteeme. Nõuetekohane töö ja hooldus ei taga mitte ainult eksperimentaalsete tulemuste usaldusväärsust, vaid pikendab märkimisväärselt seadmete eluiga (õige kasutamine 1600 kraadi juures võib saavutada ahju eluea 5-8 aastat).