Kuidas määrata kütteplaat vaakumkambri kasutamiseks?

Vaakumkambris eemaldab õhu puudumine konvektiivse soojusülekande. Soojus edastatakse ainult juhtivuse (tooriku kontakti) ja kiirguse kaudu. Vaakumtöötlemiseks mõeldud kütteplaadid peavad olema ehitatud selle ebatavalise soojusülekande režiimi jaoks ja need ei tohi muutuda saasteallikaks. Vaakumrakenduste kütteplaadi konstruktsioon ei ole triviaalne, kuna see vajab arvesse soojusjuhtimist, materjalide väljalaskmist, elektrilisi läbilaskeid ja kõrgepinge ohutust. Õhus hästi töötav plaat võib vaakumisse asetades üle kuumeneda, gaasi välja tulla või kaarega minna.

Soojusjuhtimine vaakumsüsteemides
Ilma konvektiivjahutuseta võib kütteplaat saavutada sama sisendvõimsuse korral palju kõrgema temperatuuri kui õhus. Plaadi sisse maetud küttekeha komponendid peavad olema lokaalse ülekuumenemise vältimiseks hästi-ühendatud plaadi massiga. Järgmised termilised probleemid on vaakumrakenduste jaoks olulised.

Soojusülekande mehhanismid
Juhtivus - Peamine meetod soojuse ülekandmiseks plaadiga kokkupuutuvale detailile. Nõutav on hea termiline kontakt (tasased pinnad, valikuline termilise liidese materjal).

Kiirgus – oluline, kui plaadi temperatuur ületab 150 kraadi. Kiirgussoojusülekanne järgib Stefan-Boltzmanni reeglit (q=εσ(Tp4−Tc4)) . Plaadi pinna emissioon (ε) mõjutab mitte-kontaktsete piirkondade kuumenemist.

Konvektsioon puudub - Plaadi tagaküljel ega äärtel pole õhkjahutust. Soojus, mida toorikule ei edastata, salvestub plaadis ja selle temperatuur tõuseb.

Plaadi ühendamine kütteseadmega
Soojendid peaksid olema kuumakindluse minimeerimiseks püsivalt ja tihedalt plaadiga ühendatud. Eelistatud on kõvajoodisega või klambriga kassettsoojendid kõrgel temperatuuril juhtiva pastaga (grafiidi baasil). Küttekehad, mis kasutavad oma keha konvektiivjahutust (näiteks avatud traatsoojendid), ei ole sobivad. Üks oluline erinevus konstruktsioonis on see, et küttekeha vattide tihedust tuleb vaakumtöötlemisel vähendada, tavaliselt 30–50% õhu jaoks kasutatavast, et vältida küttekeha ülekuumenemist.

Temperatuuri tuvastamine
Temperatuuriandurid (termopaarid või RTD-d) tuleks paigaldada tööpinnale võimalikult lähedale, eelistatavalt 2–5 mm kaugusele ülemisest pinnast. Vaakumis ei ole võimalik saada pinnatemperatuuri tagakülje ega õhupoolsete näitude järgi. Kuumad kohad on levinumad ilma konvektiivse võrdsustamiseta ja nende tuvastamiseks on soovitatav paigutada plaadi ümber mitu andurit.

Gaaside väljutamise juhtimine vaakumkütteplaatidel
Gaaside väljutamine, kinnijäänud gaaside, niiskuse või lenduvate ainete eraldumine ei ole vaakumtoimingutes, eriti kõrg- või ülikõrgvaakumis (UHV) vastuvõetav. Kõigil kütteplaadi koostu materjalidel peab olema madal aururõhk ja madal väljalaskekiirus.

Plaadi materjal
Roostevaba teras (304, 316, 316L) - Vaakumkuumutusplaatide standardvarustus. Madal gaasi väljalaskmine. Kõrge tugevus. Elektropoleerimine sobib pinna ja kinnijäänud lisandite minimeerimiseks.

Alumiinium - Nõuetekohase puhastamise ja anodeerimise korral sobib mõõdukaks vaakumiks (10-3 kuni 10-5 Torr). Kuid alumiiniumil on poorne oksiidkate, mis hoiab niiskust kinni, nii et selle küpsetamine võtab kaua aega.

Vask - Kasutatakse selle hea soojusjuhtivuse tõttu, vask oksüdeerub ja võib eralduda, kui seda ei kata või vaakum{1}}põleta.

Muud polümeerid ja PTFE
PTFE-katted või tahked PTFE-plaadid on vaakumis vastuvõetavad, kuigi on vaja spetsiaalset käsitsemist. PTFE-st eraldub pärast esmast küpsetamist tühine{1}}gaas, kuna see imab väga vähe niiskust. PTFE-d ei soovitata siiski kasutada UHV (alla 10-7 Torr) puhul, kuna fluoriühendid eralduvad aeglaselt. Enamiku tööstuslike vaakumrakenduste jaoks (10-3 kuni 10-10 Torr) on nõuetekohaselt töödeldud PTFE vastuvõetav. Paigalduseelne küpsetus 150–200 kraadi juures 24–48 tundi vaakumis kõrvaldab adsorbeerunud gaasid.

Traadiisolatsioon ja liimid
Traadi isolatsioonil peab olema vaakum. Materjalid, mida saab kasutada, on järgmised:

PTFE (teflon) - eraldub vähe gaasi pärast küpsetamist Max. temperatuur 260 kraadi.

Polüimiid (Kapton) - Väga hea vaakumiga ühilduvus, temperatuur kuni 400C, eraldub vähe gaasi.

PVC, polüetüleen või nailon. Ei ole vastuvõetav, nad eraldavad plastifikaatoreid ja muid lenduvaid aineid.

Andurite kinnitamiseks või juhtmestiku kinnitamiseks tuleb kasutada vähese -gaasieraldusega epoksiide (nt EpoTek H77, Torr Seal). Ärge kasutage silikoon{5}}põhiseid liime ega RTV hermeetikuid, kuna need eraldavad siloksaane.

Puhastamine ja küpsetamine
Kõik osad tuleb puhastada vaakumlahustitega (atsetoon, isopropüülalkohol) ja kokku panna puhtas keskkonnas. Enne plaadi kasutuselevõttu on soovitatav täielikult kokkupandud küpsetus-vaakumis 100–150 kraadi juures 24–48 tundi. See tehnika kõrvaldab pinnale ladestunud vee ja lenduvad jäägid.

Elektrilised hermeetilised läbivoolud
Toite- ja andurijuhtmed peavad läbima vaakumkambri seina ilma lekkimiseta. Elastomeerist tihenditega standardseid elektriühendusi ei saa kasutada vaakumis, kuna need väljutavad-gaasi ja võimaldavad mikro{2}}lekkeid. Vajalik on hermeetiline sööt.

Kütteplaadid – läbivoolude tüübid
Klaa Sobib temperatuuridele kuni 250–400 kraadi, olenevalt klaasi tüübist. Tavaline väikese kuni keskmise võimsusega kütteplaatide jaoks (ühefaasiline kuni 10 A kontakti kohta).

Metalläärikule liimitud keraamika (alumiiniumoksiid või berüllia). Keraamilised kuni metalli tihendid. Kõrgem temperatuurireiting (500 kraadi +) ja parem vaakumi terviklikkus (lekkekiirus < 1×10-10 atm cc/s). Suure võimsusega või UHV rakenduste jaoks.

Surveklaasi tihend - Odavam, kuid temperatuur on piiratud ligikaudu 150 kraadiga.

Läbiviikude tihvtide arv ja reiting
Vaakumkambri kuumutusplaadi spetsifikatsioonis määratakse kindlaks elektriahelate arv:

Toide igale küttetsoonile (2 juhtmest tsooni kohta)

Temperatuurianduri juhtmed (kaks juhtmest termopaari või RTD kohta)

Ühel mitme tihvtiga läbipääsul võib olla mitu tihvti. Iga tihvt peab vastama kütteseadme maksimaalsest voolust suuremale voolule. Näiteks 500 W küttekeha 120 V pingel kasutab 4,2 A. 10 A läbilasketoru sobib.

Sisemine juhtmestik
Tähtis: juhtmed läbipääsust vaakumkambri kuumutusplaadile peavad olema vaakummääratud (PTFE või Kaptoni isolatsiooniga) ja ilma kuumade pindadeta. Kindlustage ühendused keraamiliste klemmiplokkide või vaheseinte abil. Plastikust kaablisidemed ega kleeplindid pole lubatud.

Pascheni seadus (elektri rike vaakumis)
Pascheni seaduse kohaselt sõltub kahe juhi vaheline läbilöögipinge rõhust ja kaugusest. Atmosfäärirõhul toimub purunemine kõrge pinge korral (kV vahemik väikeste vahede korral). Mõõduka vaakumi korral (10-1 kuni 10-3 Torr) väheneb läbilöögipinge märkimisväärselt – teatud juhtudel 1 mm vahe korral mõnesaja voltini. Kõrgvaakumis (<10^5 Torr) the breakdown voltage increases again.

Vaakumkuumutusega plaatide puhul tuleb järgida järgmisi ettevaatusabinõusid:

Säilitage piisav kaugus maandatud pindadest aktiivsetest juhtidest (nt küttekeha klemmid, läbiviigutihvtid). Soovitatav on vähemalt 5 mm 240 V vahelduvvoolu korral või 10 mm suuremate pingete korral.

Vältige teravaid servi - Teravad punktid koondavad elektrivälja ja vähendavad läbilöögipinget. Eelistatud on ümarad klemmid, sujuvad juhtmete marsruudid.

Pikkade siseliinide puhul kasutage varjestatud juhtmeid, mis on maandatud kambri läbipääsu juures.

Enne täisvõimsuse rakendamist kontrollige isolatsioonitakistust vaakumis.

Vaakumdisaini kontrollnimekiri – pliidiplaadid
Allpool on kokkuvõte peamistest punktidest, mis tuleb vaakumkambri kuumutusplaadi spetsifikatsiooni lisada.

Kategooria NõueTavaline lahendus
Plaadi materjal 316 roostevaba teras, madala gaasieraldusega, elektropoleeritud, puhastatav
Küttekeha tüüp Intiimne ühendus plaadiga; vähendatud vaakumJooditud kassettkütteseadmete jaoks (Incoloy ümbris)
Vattide tihedus on ülekuumenemise vältimiseks vähendatud Vähem kui 5 W/cm2 või sellega võrdne (vs 8-10 W/cm2 õhus)
Temperatuuri tuvastamine Manustatud tööpinna lähedale K-tüüpi termopaar või PT100 RTD
Traadi isolatsioon PTFE (teflon) või Kapton Madala gaasieraldusega, vaakumreitinguga
Hermeetikud/liimid Madala gaasieraldusega epoksiid EpoTek H77, Torr Seal (ilma silikoonita)
Elektrilised läbivoolud Hermeetilised, lekkivad-tihedad klaasist-metallist- või keraamikast metallile
Läbivvoolu nimiväärtus ületab küttekeha koormuse Tavaliste 1–2 kW plaatide puhul 10 A või võrdne sellega.
Kõrgepinge vahemaa Väldib Pascheni rikkeid, mille vahe on suurem või võrdne 5 mm (240 V), ümarad klemmid
Hoolduseelne küpsetamine Eemaldab adsorbeerunud gaasid 100-150 kraadi vaakumis 24-48 tunni jooksul
Erijuhtumid: kiirguskütteplaadid
Mõne vaakumprotsessi puhul ei ole kuumutusplaat ette nähtud toorikuga otse kokkupuuteks. Selle asemel kiirgab plaat soojust töödeldavale detailile läbi pilu. Selles konfiguratsioonis muutub plaadi pinna emissioon kriitiliseks. Kiirgussoojusülekande suurendamiseks kantakse kõrge emissioonivõimega kate (nt must anodeerimine alumiiniumile või Pyromark 2500 roostevabale terasele). Siiski peavad pinnakatted olema vaakumiga ühilduvad ja mitte väljuma. Pyromark 2500, keraamikal põhinevat katet, kasutatakse sageli kuni 600 kraadise vaakumkiirgusega küttekehade jaoks.

Järeldus
Vaakumkambri kuumutusplaadid vajavad soojusjuhtimiseks ja saastetõrjeks spetsiaalset konstruktsiooni. Konvektiivjahutuse puudumine tähendab, et kütteseadmed peavad olema plaadiga hästi ühendatud ja töötama vähendatud vattihedusega. Gaaside väljutamist kontrollitakse madala aururõhuga materjalide (roostevaba teras, PTFE, Kapton) valimisega ja hoolduseelse väljaküpsetamisega. Hermeetilised elektrikanalid (klaas-metalli või keraamika-metall) on kambri terviklikkuse säilitamiseks kohustuslikud. Pascheni seadus kehtestab vaba ruumi nõuded, et vältida kaare tekkimist mõõdukal vaakumitasemel. Rakenduse keskkond-vaakumi tase, temperatuurivahemik ja protsessi tundlikkus-määravad disaini eripära. Õigesti määratletud vaakumkuumutusplaat tagab usaldusväärse, saastevaba soojusülekande keskkonnas, kus konvektsioon puudub ja iga materjali valik on oluline.