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[名詞解釋]真空爐石墨熱場
[名詞解釋]真空爐石墨熱場
來源：成都新德南光機械設備有限公司 | 發布時間：2016-01-01 |
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營成本。熱場的設計是多種多樣的，具體選擇哪一種設計方案，主要基于對工藝流程的具體分析。大多數真空電阻爐的熱場包括四個主要組成部分：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。
大多數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。根據需要，加熱器可以設計成多種形式。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，同時也普遍存在一種誤解是說：從石墨材料中排放的物質會和某些材料起化學反應并且污染爐內工件。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性能不是很穩定。隨著石墨材料性能和加工工藝的提高，已經有越來越多的石墨加熱器應用到熱處理和釬焊爐中，在數量上已經超過了鉬加熱器。石墨加熱器的主要優勢是：設計輕巧，形狀豐富，持久耐用和易于維護。
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。在一個全金屬熱場中，隔熱屏是由多層金屬板構成的，每層隔熱板之間預留一定的空間。例如，在一個1315℃工作溫度的標準真空爐中，隔熱屏往往內部由兩層鉬薄板，還有外面三層不銹鋼薄板構成。
如果要求更高的工作溫度，鉬薄板的層數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及間隔，這些間隔用來防止熱量從熱場中心區域向外輻射傳導。由于鉬薄板所具有的反射特性，使得從熱場中心區發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境（例如：醫療器械的生產）。對于全金屬熱場來說，需要注意的是鉬金屬在1150℃以上，由于金屬的重結晶會產生脆化現象，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。
還有一種流行的設計方案是采用石墨材料制作熱場隔熱部件。標準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表面往往需要加覆一層石墨紙或碳碳復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留額外的空間。石墨材料具有優良的隔熱性能，成本通常較金屬屏低，而且非常易于使用。就制造成本，耐用性和可維護性而言，石墨隔熱軟氈較石墨隔熱硬氈具有一定的優勢。
通過生產實踐，金屬隔熱屏往往不適于環境惡劣的真空釬焊工藝。來自于焊料的金屬物質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的熱膨脹系數不同，金屬隔熱屏會產生彎曲變形與斷裂，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，導致屏的表面形成孔洞，熱量會從這些孔洞中傳遞出去。當然，使用厚一些的金屬屏特別是鉬合金的屏會延長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，但是卻不會發生熔解的焊料與石墨隔熱材料的熔合現象。雖然有人會質疑，認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，實踐證明熱場周而復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
根據爐體的形狀，熱場承載部件通常由一個或多個圓形鋼環組成，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。在大多數真空爐設計中，在不銹鋼環的四周遍布氣體噴嘴，因此，熱場承載部件還扮演了一個讓氣體全方位遍布整個工件的角色。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
工件承載部件是設計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荷工件，并且通過螺釘固定安裝在爐膛外面的加強區域。由于材料的強度高，對于同樣重量的工件，鉬爐床可以建造得比石墨爐床更輕。在長期周而復始的熱環境下，鉬制軌道會產生一定程度的變形。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，石墨的導軌卻由于石墨的脆性的特點容易在裝載工件的時候掉屑。進來新研發的石墨纖維材料可以防止掉屑的發生，但是造價比較高，甚至比鉬制材料還要高。
在選擇爐床材料時遇到的主要問題是高溫環境下出現的固體共熔現象，就是說爐床材料與工件材料有時在高溫下會出現共熔現象。例如，在1165℃的溫度以上，碳會和鎳金屬發生局部的共熔現象。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生接觸。由于這個原因，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生共熔現象。而且金屬鉬可以和一些鋼材中常用的金屬合金產生化學反應，但是往往反應溫度遠高于正常熱處理溫度范圍。
