Koje su kritične značajke dizajna grijaće ploče za vakuumsku vruću prešu?

Vruća preša u vakuumskoj komori predstavlja dvo-problem. Mora primijeniti ravnomjernu toplinu i pritisak za spajanje materijala, bez kontaminacije besprijekornog vakuuma organskim tvarima koje ispuštaju plin ili zarobljenim plinom. Uobičajene atmosferske ploče za grijanje neće preživjeti u ovoj netaknutoj atmosferi s visokim-ulozima. Projektiranje grijaće ploče vakuumske vruće preše od nule, imajući na umu čistoću materijala, hermetičko brtvljenje i raspodjelu topline. U primjenama kao što je kompozitno lijepljenje zrakoplovnih i svemirskih komponenti, inkapsulacija poluvodiča ili difuzijsko lijepljenje metala, sama ploča postaje ključni procesni instrument.

Posebni zahtjevi za vakuumsko okruženje
U vakuumskoj komori nema atmosferske konvekcije. Prijenos topline s ploče na radni komad može se odvijati samo kondukcijom (na kontaktnim točkama) i zračenjem. To čini ravnost i toplinsku ujednačenost površine ploče još presudnijim nego u zraku. Svaki razmak između ploče i obratka ograničava učinkovit kontakt i uzrokuje temperaturnu razliku.

U međuvremenu, okolina usisivača vrlo je osjetljiva na onečišćenje. Ispuštanje-ispuštanja zarobljenih plinova, vlage ili hlapljivih organskih spojeva iz materijala-može pokvariti razinu vakuuma, kontaminirati radni predmet ili oštetiti vakuumske pumpe. Prema tome, dizajn grijaće ploče u vakuumskom vrućem prešanju trebao bi imati materijale s ultra-niskim ispuštanjem plinova i -nepropusno.

Kritični izbor materijala za nisko ispuštanje plinova
Tijelo ploče treba biti izrađeno od metala prikladnog za vakuum. Popularne opcije uključuju:

Nehrđajući čelik 316L - Najpopularnija opcija. Ima nisko ispuštanje plinova, superiornu mehaničku čvrstoću na visokim temperaturama i otpornost na oksidaciju u vakuumskom pečenju. Tipično je završna obrada površine polirana ili elektropolirana kako bi se smanjila površina i dodatno ograničilo ispuštanje plinova.

Aluminijske legure (6061 ili 7075) posebno obrađene - Obični aluminij nije pogodan za usisavanje zbog svoje guste, porozne oksidne prevlake koja skuplja vlagu. Ali specifično čišćenje i vakuumsko pečenje aluminija može se koristiti za primjene na umjerenim temperaturama (manje od 250 stupnjeva). 316L je mnogo poželjnije za ultra-visoki vakuum (UHV).

Inconel ili druge superlegure - Inconel ili Haynes legure specificirane su za primjene iznad 500 stupnjeva kada nehrđajući čelik gubi čvrstoću. Oni imaju vrlo niske tlakove pare pri visokoj temperaturi.

Sve unutarnje komponente, uključujući grijaće elemente, izolaciju, žice termoparova i brtvene materijale, moraju biti u skladu s ograničenjima ispuštanja plinova utvrđenim standardima kao što je ASTM E595 (za svemirske i vakuumske primjene) s ukupnim gubitkom mase (TML) 1,0% i prikupljenim hlapljivim kondenzirajućim materijalom (CVCM) 0,1%.

Materijali koje treba izbjegavati:

Aluminijski standard (visoko ispuštanje plinova, porozni oksid).

Plastika ili polimeri (osim nekoliko visoko-temperaturnih, slabo ispuštajućih plinova poput Vespela ili Kaptona koji se koriste štedljivo).

Viton ili konvencionalni elastomeri (silikon ili fluorosilikon mogu biti prihvatljivi u ograničenim postavkama; općenito su poželjne sve-metalne brtve).

Vakuumski-kompatibilni grijaći elementi, hermetički zatvoreni
Ploča je ugrađena s grijaćim elementima koji moraju biti hermetički zatvoreni kako bi se izbjeglo ispuštanje plinova ili čestica iznutra. Prihvatljivi dizajni su:

Mineralno{0}}izolirani (MI) grijaći kabeli - Otporna žica (NiCr ili ekvivalent) omotana prahom kompaktnog magnezijevog oksida (MgO), unutar bešavnog metalnog omotača (Inconel, 316SS ili Alloy 600). U proizvodnji je MgO suh i vakuumski otplinjen. Krajevi omotača su zavareni.

Standardni patronski grijači često imaju organske završne brtve koje ispuštaju plin. Grijači uložaka sa zavarenim zatvaračima Za uslugu usisavanja mogu se koristiti samo varijante s potpuno zavarenim završnim čepovima i MgO punjenjem.

Enkapsulirani otpornički elementi - Za tanke ploče, grijači s ugraviranom folijom mogu se hermetički inkapsulirati između dvije metalne ploče laserskim zavarivanjem oko periferije.

Unutarnje ožičenje koje povezuje grijaće elemente s prolazima mora biti izolirano materijalima s niskim ispuštanjem plinova. Poželjno je da cijeli niz bude kabel s mineralnom izolacijom. Ako je potrebna savitljiva žica, prikladna je PTFE ili Kapton (poliimidna) izolacija, ali mora biti temeljito pečena u vakuumu. Bez standardne PVC ili najlonske žice.

Električni prolazi i termoelementi (hermetički)
Svi električni vodovi ili vodovi senzora koji idu iz atmosfere izvan vakuumske komore u ploču moraju prijeći vakuumsku barijeru. To se izvodi pomoću keramičkih-na-metalnih prolaza. Standardna ploča za vruće prešanje u vakuumskoj preši ima sljedeće karakteristike:

Prolazi za napajanje - Dva ili više vodiča (ovisno o jedno- ili tro-faznom grijanju, prema potrebi) zalemljenih u metalnu prirubnicu ili ravno u tijelo ploče. Keramički izolator obično je 95% ili 99% glinice i hermetički je zabrtvljen na metal.

Provodi za termoelemente - Produžeci termoparova od finih žica (tip K ili J) prolaze kroz vakuumsko nepropusne priključke, obično s malom keramičkom-na-metalnom brtvom.

Ovi prolazi trebaju biti ocijenjeni za radnu temperaturu ploče (obično 300-500C za primjenu vakuumskog vrućeg prešanja) i diferencijalni tlak (1 atm izvana, vakuum unutra). Ispitani su na curenje helijskim masenim spektrometrom do brzine curenja manje od 10⁻⁹ mbar·L/s.

Svaka šupljina u ploči--kao što je slijepa rupa za termoelement ili džep s navojem za pričvršćivač--može biti "virtualno curenje". Važno: Plin zarobljen u takvim šupljinama postupno će istjecati u vakuum, povećavajući vrijeme ispumpavanja i pogoršavajući osnovni tlak. Arhitektura mora omogućiti ventilacijske prolaze do ovih šupljina kako bi ih povezali s vanjskim okolišem ili ih se mora u potpunosti izbrisati. Na primjer, komora termoelementa obično se odzračuje sićušnom rupom (promjera 0,5–1,0 mm) probušenom na površini ploče, omogućavajući evakuaciju zarobljenog zraka.

Toplinska jednolikost u uvjetima vakuuma
U nedostatku konvektivnog protoka zraka koji pomaže u raspodjeli topline, ploča mora ovisiti samo o vodljivosti i unutarnjem zračenju kako bi se postigla ujednačena površinska temperatura. Ključne značajke dizajna za ujednačenost:

Optimiziran raspored grijača - Grijaći elementi postavljeni su na temelju analize konačnih elemenata (FEA) tako da je varijacija temperature radne površine unutar ±2–5 stupnjeva. Često postoji nekoliko neovisno kontroliranih grijača i termoparova za zonsku kontrolu.

Debelo tijelo ploče visoke vodljivosti - Deblje ploče (npr. 25–40 mm) poboljšat će bočnu distribuciju topline. Ali postoji kompromis između debljine i težine i toplinskog odziva.

Ravnost i poliranje površine - Gornja kontaktna površina ravno je brušena unutar 0,025-0,05 mm (0,001-0,002 inča) preko površine ploče. Dobra završna obrada površine (Ra < 0,8 μm) osigurava učinkovit toplinski kontakt s radnim komadom i smanjuje površinu za ispuštanje plinova.

Izolacija iza ploče Ne-radna strana ploče obično je izolirana pločama od keramičkih vlakana s niskim{1}}ispuštanjem plina (npr. vlakna silicijevog dioksida ili aluminijevog oksida) za usmjeravanje topline prema naprijed. Ove se ploče moraju ispeći kako bi se uklonila veziva i hlapljive tvari.

U stvarnosti se ploče često peku pod vakuumom prije upotrebe, često na 150-300 stupnjeva pod vakuumom nekoliko sati, kako bi se uklonila apsorbirana vlaga i zaostale nečistoće. Nakon pečenja, ploča je dosegla svoje stabilno stanje s niskim ispuštanjem plinova.

Kontrolni popis dizajna grijaće ploče za vakuumsko vruće prešanje
Detaljan kontrolni popis za dizajn grijaće ploče za vruće vakuumiranje je sljedeći:

Metoda provjere kritične značajke kategorije
Body material 316L stainless steel (or Inconel for >500 stupnjeva ) Certifikat materijala Površinska obrada (elektropoliranje)
Hermetički zatvoreni mineralno{0}}izolirani (MI) kabel Grijaći element Bez organskih brtvi na kraju, zavareni omotač
Unutarnja izolacija Zbijeni MgO (suhi, vakuumski otplinjeni) Podaci o ispuštanju plina od proizvođača putem hoovera
Prolazi od keramike-na-metal, stopa curenja<10-9 mbar·L/sHelium leak test