Kā norādīt sildīšanas plāksni vakuuma kameras lietošanai?

Vakuuma kamerā gaisa trūkums novērš konvektīvo siltuma pārnesi. Siltums tiek pārnests tikai caur vadīšanu (kontaktu ar sagatavi) un starojumu. Sildīšanas plāksnes vakuuma apkalpošanai ir jābūvē šim neparastajam siltuma pārneses režīmam, un tās pašas nedrīkst kļūt par piesārņojuma avotu. Sildīšanas plāksnes dizains vakuuma lietojumiem nav triviāls, jo tajā jāņem vērā siltuma vadība, materiālu izvadīšana no gāzes, elektriskās pievades un augstsprieguma drošība. Plāksne, kas labi darbojas gaisā, var pārkarst, izplūst vai loka, ja to novieto vakuumā.

Siltuma vadība vakuuma sistēmās
Bez konvektīvās dzesēšanas sildīšanas plāksne var sasniegt daudz augstāku temperatūru nekā gaisā ar tādu pašu jaudu. Plāksnē ieraktajām sildītāja sastāvdaļām ir jābūt labi-savienotām ar plāksnes masu, lai izvairītos no lokālas pārkaršanas. Vakuuma lietojumiem ir svarīgas šādas termiskās problēmas.

Siltuma pārneses mehānismi
Vadītspēja - Galvenā metode siltuma pārnešanai uz apstrādājamo priekšmetu, kas saskaras ar plāksni. Nepieciešams labs termiskais kontakts (līdzenas virsmas, papildu termiskās saskarnes materiāls).

Radiācija – svarīgi, ja plāksnes temperatūra pārsniedz 150 grādus. Starojuma siltuma pārraide seko Stefana Bolcmaņa likumam (q=εσ(Tp4−Tc4)) . Plāksnes virsmas izstarojuma koeficients (ε) ietekmē nesaskares reģionu sasilšanu.

Nav konvekcijas - Nav gaisa dzesēšanas plāksnes aizmugurē vai malās. Siltums, kas netiek piegādāts sagatavei, tiek uzkrāts plāksnē, un tā temperatūra paaugstinās.

Plāksnes savienošana ar sildītāju
Sildītājiem jābūt pastāvīgi un cieši saistītiem ar plāksni, lai samazinātu karstumizturību. Priekšroka tiek dota lodētiem vai saspiestiem kārtridžu sildītājiem ar augstu temperatūru vadošu pastu (uz grafīta bāzes). Nav piemēroti sildītāji, kas izmanto sava korpusa konvektīvo dzesēšanu (piemēram, atvērtā stieples sildītāji). Viena no galvenajām dizaina atšķirībām ir tāda, ka sildītāja vatu blīvums ir jāsamazina vakuuma darbam, parasti par 30–50% no tā, kas tiek izmantots gaisam, lai izvairītos no sildītāja apvalka pārkaršanas.

Temperatūras noteikšana
Temperatūras sensori (termopāri vai RTD) jāievieto pēc iespējas tuvāk darba virsmai, vēlams 2–5 mm attālumā no augšējās virsmas. Vakuumā virsmas temperatūru nevar iegūt no aizmugures vai gaisa puses rādījumiem. Karstie punkti ir biežāk sastopami bez konvektīvās izlīdzināšanas, un ieteicams ap plāksni izvietot vairākus sensorus, lai tos identificētu.

Izplūdes kontrole vakuuma sildīšanas plāksnēs
Izplūde, notverto gāzu, mitruma vai gaistošu vielu izdalīšanās, nav pieņemama vakuuma darbībās, īpaši augsta vai īpaši augsta vakuuma (UHV). Visiem sildīšanas plākšņu komplektā esošajiem materiāliem jābūt ar zemu tvaika spiedienu un zemu izplūdes ātrumu.

Plāksnes materiāls
Nerūsējošais tērauds (304, 316, 316L) - Standarta opcija vakuuma sildīšanas plāksnēm. Zema izplūde. Augsta izturība. Elektropulēšana ir piemērota, lai samazinātu virsmas laukumu un iesprostotos piemaisījumus.

Alumīnijs - Piemērots mērenam vakuumam (10-3 līdz 10-5 Torr), ja tas ir pareizi notīrīts un anodēts. Bet alumīnijam ir porains oksīda pārklājums, kas aiztur mitrumu, tāpēc tas prasa ilgu laiku, lai tas izceptos.

Varš - Izmanto labās siltumvadītspējas dēļ, varš oksidējas un var izdalīties gāzēs, ja tas nav pārklāts vai apdedzināts ar vakuumu.

Citi polimēri un PTFE
PTFE pārklājumi vai cietas PTFE plāksnes ir pieļaujamas vakuumā, lai gan ir nepieciešama īpaša apstrāde. PTFE pēc sākotnējās cepšanas{1}}izdalās niecīga gāze, jo tas absorbē ļoti maz mitruma. Tomēr PTFE nav ieteicams lietot UHV (zem 10-7 Torr), jo tas lēni izdala fluora savienojumus. Lielākajai daļai rūpniecisko vakuuma lietojumu (10⁻³ līdz 10⁻⁶ Torr) ir pieņemams pareizi apstrādāts PTFE. Pirmsinstalācijas cepšana 150–200 grādu temperatūrā 24–48 stundas vakuumā novērš adsorbētās gāzes.

Stiepļu izolācija un līmvielas
Vadu izolācijai jābūt ar vakuumu. Materiāli, kurus var izmantot, ir:

PTFE (teflons) - nedaudz izplūst pēc izcepšanas Maks. temperatūra 260 grādi.

Poliimīds (Kapton) - Ļoti laba saderība ar vakuumu, temperatūras novērtējums līdz 400C, maz izplūst gāzi.

PVC, polietilēns vai neilons. Nav pieņemami, tie izdala plastifikatorus un citas gaistošas ​​vielas.

Sensoru pievienošanai vai vadu nostiprināšanai ir jāizmanto epoksīdi ar zemu-izplūdes gāzēm (piemēram, EpoTek H77, Torr Seal). Neizmantojiet silikona{5}}līmes vai RTV hermētiķus, jo tie izdala siloksānus.

Tīrīšana un cepšana
Visas detaļas jātīra, izmantojot vakuuma šķīdinātājus (acetonu, izopropilspirtu), un jāsamontē tīrā vidē. Pirms plāksnes nodošanas ekspluatācijā ieteicams pilnībā salikt 24–48 stundas vakuumā 100–150 grādu temperatūrā. Šis paņēmiens novērš ūdens un gaistošus atlikumus, kas nogulsnējas uz virsmas.

Elektriskās hermētiskās caurplūdes
Strāvas un sensora vadiem ir jāiziet cauri vakuuma kameras sienai bez noplūdes. Standarta elektriskie savienotāji ar elastomēra blīvēm nav izmantojami vakuumā, jo tie izplūst-gāzē un pieļauj mikro-noplūdes. Nepieciešams hermētisks barotnis.

Sildīšanas plāksnes – caurplūdes veidi
Stikla-līdz-metāla blīvējums - Stikla izolators ir savienots ar metāla korpusu un vadītāja tapām. Piemērots temperatūrai līdz 250-400 grādiem atkarībā no stikla veida. Izplatīts zemas vai vidējas jaudas sildīšanas plāksnēm (vienfāze līdz 10 A uz kontaktu).

Keramika pielīmēta pie metāla atloka (alumīnija oksīds vai berilija). Keramikas līdz metāla blīves. Augstāks temperatūras novērtējums (500 grādi +) un uzlabota vakuuma integritāte (noplūdes ātrums < 1×10-10 atm cc/s). Lieljaudas vai UHV lietojumiem.

Kompresijas stikla blīvējums - Lētāk, bet temperatūra ierobežota līdz aptuveni 150 grādiem.

Caurlaides tapu skaits un vērtējums
Vakuuma kameras sildīšanas plāksnes specifikācijā norāda elektrisko ķēžu skaitu:

Power to each heating zone (2 wires/zone)

Temperatūras sensora vadi (divi vadi uz termopāri vai RTD)

Vienai vairāku tapu caurlaidei var būt vairākas tapas. Katrai tapai jābūt noteiktai strāvai, kas ir lielāka par maksimālo sildītāja strāvu. Piemēram, 500 W sildītājs pie 120 V patērē 4,2 A. Derētu 10 A caurlaides tapa.

Iekšējā elektroinstalācija
Svarīgi: Vadiem no caurlaides uz sildīšanas plāksni vakuuma kamerā jābūt vakuuma nominālam (ar PTFE vai Kapton izolāciju) un bez karstām virsmām. Nodrošiniet savienojumus, izmantojot keramikas spaiļu blokus vai atdalījumus. Nav atļautas plastmasas kabeļu saites vai līmlentes.

Pašena likums (elektrības sabrukums vakuumā)
Saskaņā ar Pašena likumu pārrāvuma spriegums starp diviem vadītājiem ir atkarīgs no spiediena un attāluma. Pie atmosfēras spiediena sabrukums notiek pie augsta sprieguma (kV diapazons mazām spraugām). Pārrāvuma spriegums ir ievērojami samazināts pie mērena vakuuma (10-1 līdz 10-3 Torr) — dažos gadījumos līdz dažiem simtiem voltu 1 mm atstarpei. Augstā vakuumā (<10^5 Torr) the breakdown voltage increases again.

Vakuuma apsildāmām plāksnēm ir nepieciešami šādi piesardzības pasākumi:

Uzturiet pietiekamu atstatumu no iezemētām virsmām līdz aktīvajiem vadītājiem (piemēram, sildītāja spailēm, caurlaides tapām). Ieteicams vismaz 5 mm 240 V maiņstrāvai vai 10 mm lielākam spriegumam.

Izvairieties no asām malām - Asi punkti koncentrē elektrisko lauku un samazina pārrāvuma spriegumu. Vēlamie ir noapaļoti termināļi, gludi vadītāju maršruti.

Garu iekšējo līniju gadījumā izmantojiet ekranētus vadus, kas iezemēti pie kameras caurlaides.

Pirms pilnas jaudas iedarbināšanas pārbaudiet izolācijas pretestību vakuumā.

Vakuuma dizaina kontrolsaraksts — sildvirsmas
Tālāk ir sniegts kopsavilkums par galvenajiem punktiem, kas jāiekļauj vakuuma kameras sildīšanas plāksnes specifikācijā.

Kategorijas prasībaNormāls risinājums
Plākšņu materiāls 316 nerūsējošais tērauds, zems izplūdes gāzes, elektropulēts, tīrāms
Sildītāja veids Intīma savienošana ar plāksni; samazināts vakuumam Lodēti kārtridžu sildītāji (Incoloy apvalks)
Vatu blīvums Samazināts, lai izvairītos no pārkaršanas Mazāks par vai vienāds ar 5 W/cm2 (salīdzinājumā ar 8-10 W/cm2 gaisā)
Temperatūras noteikšana Iebūvēts tuvu darba virsmai K tipa termopāris vai PT100 RTD
Vadu izolācija PTFE (teflons) vai Kapton Zema izplūdes gāzes, vakuuma nominālā
Hermētiķi/līmes ar zemu gāzu izplūdes epoksīda EpoTek H77, Torr Seal (bez silikoniem)
Elektriskās caurlaides Hermētiskas, necaurlaidīgas-stingras stikla-uz-metālam vai keramikas pret metālu
Caurplūdes strāvas nomināls Pārsniedz sildītāja slodzi Lielāka vai vienāda ar 10 A uz vienu jaudas kontaktu tipiskām 1–2 kW plāksnēm
Augstsprieguma klīrenss Novērš Paschen sabrukumu, kas lielāks vai vienāds ar 5 mm (240 V), noapaļoti spailes
Izcepšana pirms apkalpošanas Noņem adsorbētās gāzes 100–150 grādu temperatūrā vakuumā 24–48 stundas
Īpaši gadījumi: starojuma sildīšanas plāksnes
Dažos vakuuma procesos sildīšanas plāksne nav paredzēta tiešai saskarei ar sagatavi. Tā vietā plāksne izstaro siltumu uz apstrādājamo priekšmetu pa spraugu. Šajā konfigurācijā plāksnes virsmas emisijas spēja kļūst kritiska. Lai palielinātu starojuma siltuma pārnesi, tiek uzklāts augstas izstarojuma pārklājums (piemēram, melna anodēšana uz alumīnija vai Pyromark 2500 uz nerūsējošā tērauda). Tomēr pārklājumiem jābūt saderīgiem ar vakuumu, nevis izplūdes gāzēm. Pyromark 2500, keramikas pārklājums, bieži tiek izmantots vakuuma starojuma sildītājiem līdz 600 grādiem.

Secinājums
Vakuuma kameras sildīšanas plāksnēm ir nepieciešams specializēts dizains siltuma pārvaldībai un piesārņojuma kontrolei. Ja nav konvekcijas dzesēšanas, sildītājiem jābūt labi savienotiem ar plāksni un jādarbojas ar samazinātu vatu blīvumu. Izplūde tiek kontrolēta, izvēloties zema tvaika spiediena materiālus (nerūsējošo tēraudu, PTFE, Kapton) un veicot pirmspakalpojuma izcepšanu. Hermētiskas elektriskās pievades (stikls-metāls vai keramika-metāls) ir obligātas, lai saglabātu kameras integritāti. Paschen likums nosaka atstarpes prasības, lai novērstu loka rašanos mērenā vakuuma līmenī. Lietojumprogrammas vide-vakuuma līmenis, temperatūras diapazons un procesa jutība{6}}nosaka dizaina specifiku. Pareizi norādīta vakuuma sildīšanas plāksne nodrošina drošu, bez piesārņojuma siltuma pārnesi vidē, kurā nav konvekcijas un katra materiāla izvēle ir svarīga.