Vakumlu Sıcak Pres için Isıtma Plakasının Kritik Tasarım Özellikleri Nelerdir?

Bir vakum odasındaki sıcak pres iki-katlı bir sorun teşkil eder. Kusursuz vakumu gazdan çıkan organik maddeler veya sıkışan gazla kirletmeden, malzemeleri birbirine bağlamak için eşit ısı ve basınç uygulamalıdır. Normal atmosferik ısıtma plakaları bu bozulmamış, yüksek-riskli atmosferde hayatta kalamaz. Vakumlu sıcak presin ısıtma plakasının malzeme saflığı, hermetik sızdırmazlık ve ısı dağılımı göz önünde bulundurularak sıfırdan tasarlanması. Havacılık bileşenlerinin kompozit bağlanması, yarı iletken kapsülleme veya metallerin difüzyonla bağlanması gibi uygulamalarda merdanenin kendisi önemli bir proses aracı haline gelir.

Vakum Ortamının Özel Gereksinimleri
Vakum odasında atmosferik konveksiyon yoktur. Plakadan iş parçasına ısı transferi yalnızca iletim (temas noktalarında) ve radyasyon yoluyla gerçekleşebilir. Bu, merdane yüzeyinin düzlüğünü ve termal homojenliğini havadakinden çok daha önemli hale getirir. Plaka ile iş parçası arasındaki herhangi bir boşluk etkili teması sınırlar ve sıcaklık farkına neden olur.

Bu arada, hoover ortamı kirliliğe karşı oldukça hassastır. Gazın dışarı atılması-kapalı gazların, nemin veya uçucu organik bileşiklerin malzemelerden boşaltılması-vakum seviyesini bozabilir, iş parçasını kirletebilir veya vakum pompalarına zarar verebilir. Bu nedenle, vakumlu sıcak presteki ısıtma plakası tasarımının ultra-düşük gaz çıkışı sağlayan malzemelere sahip olması ve sızdırmaz- olması gerekir.

Düşük Gaz Çıkışı için Kritik Malzeme Seçimi
Merdane gövdesi vakuma uygun metalden imal edilmelidir. Popüler seçenekler şunları içerir:

316L paslanmaz çelik - En popüler seçenek. Düşük gaz çıkışına, yüksek sıcaklıklarda üstün mekanik dayanıma ve vakumlu fırında oksidasyona karşı dirence sahiptir. Tipik olarak yüzey kaplaması, yüzey alanını en aza indirmek ve gaz çıkışını daha da sınırlamak için cilalanır veya elektro-parlatılır.

Özel olarak işlenmiş alüminyum alaşımları (6061 veya 7075) - Normal alüminyum, nemi toplayan kalın, gözenekli oksit kaplaması nedeniyle süpürme dostu değildir. Ancak orta sıcaklıktaki uygulamalar (250 dereceden az) için alüminyumun özel temizliği ve vakumla pişirilmesi kullanılabilir.. 316L, ultra-yüksek vakum (UHV) için daha çok tercih edilir.

Inconel veya diğer süper alaşımlar - Inconel veya Haynes alaşımları, paslanmaz çeliğin mukavemetini kaybettiği 500 derecenin üzerindeki uygulamalar için belirtilmiştir. Bunlar yüksek sıcaklıkta çok düşük buhar basıncına sahiptir.

Isıtma elemanları, yalıtım, termokupl kabloları ve sızdırmazlık malzemeleri dahil olmak üzere tüm dahili bileşenler, %1,0 toplam kütle kaybı (TML) ve %0,1 toplanan uçucu yoğunlaşabilir malzeme (CVCM) ile ASTM E595 (uzay ve vakum uygulamaları için) gibi standartlar tarafından belirlenen gaz çıkış sınırlarına uygun olmalıdır.

Kaçınılması gereken malzemeler:

Alüminyum standardı (yüksek gaz çıkışı, gözenekli oksit).

Plastikler veya polimerler (Vespel veya Kapton gibi az miktarda kullanılan birkaç yüksek-sıcaklıklı, düşük gaz çıkışı sağlayan kaliteler dışında).

Viton veya geleneksel elastomerler (silikon veya florosilikon sınırlı ortamlarda kabul edilebilir; genellikle tüm -metal contalar tercih edilir).

Isıtma Elemanları Vakum-Uyumlu, Hermetik Olarak Kapalı
Plaka, içeriden gaz çıkışını veya parçacıkları önlemek için hava geçirmez şekilde kapatılması gereken ısıtma elemanları ile donatılmıştır. Kabul edilebilir tasarımlar şunlardır:

Mineral-yalıtımlı (MI) ısıtma kabloları - Dikişsiz bir metal kılıf (Inconel, 316SS veya Alloy 600) içinde sıkıştırılmış magnezyum oksit (MgO) tozuyla kaplanmış direnç teli (NiCr veya eşdeğeri). Üretimde MgO kurudur ve vakumla gazı giderilir. Kılıfın uçları kaynakla kapatılır.

Standart kartuş ısıtıcıları genellikle gaz çıkaran organik uç contalara sahiptir. Kaynaklı Kapaklı Kartuş Isıtıcılar Hoover servisi için yalnızca tamamen kaynaklı uç kapakları ve MgO dolgulu modeller kullanılabilir.

Kapsüllenmiş Dirençli Elemanlar - İnce merdaneler için, kazınmış folyo ısıtıcılar, çevre çevresinde lazer kaynağı ile iki metal levha arasına hermetik olarak kapsüllenebilir.

Isıtma elemanlarını geçişlere bağlayan iç kablolar, düşük gaz çıkışı sağlayan malzemeler kullanılarak yalıtılacaktır. Tüm hat tercihen mineral yalıtımlı kablodur. Esnek tel gerekiyorsa PTFE veya Kapton (poliimid) izolasyon uygundur ancak vakumla iyice pişirilmesi gerekir. Standart PVC veya naylon tel yoktur.

Elektrik Geçişleri ve Termokupl (Hermetik)
Vakum odasının dışındaki atmosferden plakaya giden herhangi bir elektrik gücü veya sensör hattı, vakum bariyerini geçmelidir. Bu, seramikten-metale-geçişler kullanılarak gerçekleştirilir. Bir vakumlu preste standart sıcak pres plakasının özellikleri:

Güç geçişleri - Metal bir flanşa veya doğrudan plaka gövdesine lehimlenmiş iki veya daha fazla iletken (uygun olduğu şekilde tek- veya üç-fazlı ısıtmaya bağlı olarak) Seramik yalıtkan tipik olarak %95 veya %99 alüminadır ve metale hava geçirmez şekilde kapatılmıştır.

Termokupl geçişleri - İnce telli termokupl uzantıları (Tip K veya J), genellikle küçük bir seramik--metal contaya sahip, vakum geçirmez bir bağlantı parçasından geçer.

Bu beslemelerin, merdanenin çalışma sıcaklığına (vakumlu sıcak pres uygulaması için genellikle 300-500C) ve diferansiyel basınca (dışarıda 1 atm, içeride vakum) göre derecelendirilmesi gerekir. Helyum kütle spektrometresi ile 10⁻⁹ mbar·L/s'den daha düşük bir sızıntı oranına kadar sızıntı testine tabi tutulurlar.

Merdanedeki herhangi bir boşluk- (termokupl için kör bir delik veya bir bağlantı elemanı için dişli bir cep gibi) "sanal bir sızıntı" olabilir. Önemli: Bu tür boşluklarda sıkışan gaz yavaş yavaş vakumun içine sızacak, pompalama süreleri artacak ve taban basıncı kötüleşecektir. Mimari, bu boşlukların dış ortama bağlanabilmesi için havalandırma geçişlerine izin vermeli veya tamamen silinmelidir. Örneğin, bir termokupl kuyusu genellikle plakanın yüzeyine açılan küçük bir delikle (0,5-1,0 mm çapında) havalandırılır ve sıkışan havanın tahliyesine izin verilir.

Vakum Koşullarında Termal Tekdüzelik
Isı dağıtımına yardımcı olacak konvektif hava akışının yokluğunda, plakanın düzgün bir yüzey sıcaklığı elde etmek için yalnızca iletkenliğe ve iç radyasyona bağlı olması gerekir. Tekdüzelik için temel tasarım özellikleri:

Optimize edilmiş ısıtıcı düzenlemesi - Isıtma elemanları, sonlu elemanlar analizine (FEA) göre, çalışma yüzeyi sıcaklığındaki değişiklik ±2–5 derece içinde olacak şekilde yerleştirilir. Bölge kontrolü için genellikle bağımsız olarak kontrol edilen birkaç ısıtıcı ve termokupl bulunur.

Yüksek iletkenliğe sahip kalın merdane gövdesi - Daha kalın bir merdane (örneğin, 25–40 mm) yanal ısı dağılımını iyileştirecektir. Ancak kalınlık, ağırlık ve termal tepki arasında bir denge vardır.

Düzlük ve yüzey cilalaması - Üst temas yüzeyi, merdane alanı üzerinde 0,025-0,05 mm (0,001-0,002 inç) dahilinde düz bir şekilde taşlanır. İyi bir yüzey kalitesi (Ra < 0,8 μm), iş parçasına etkili termal temas sağlar ve gaz çıkışı için yüzey alanını azaltır.

Merdanenin arkasındaki yalıtım Merdanenin-çalışmayan tarafı, ısıyı ileri yönlendirmek için genellikle düşük-gaz çıkışı sağlayan seramik elyaf levhalarla (örneğin, silika veya alümina elyaf) yalıtılır. Bağlayıcıları ve uçucu maddeleri çıkarmak için bu levhaların pişirilmesi gerekir.

Gerçekte, emilen nemi ve kalan yabancı maddeleri uzaklaştırmak için merdaneler genellikle kullanımdan önce vakum altında, genellikle 150-300 derecede vakum altında saatlerce pişirilir. Fırınlamadan sonra merdane istikrarlı düşük gaz çıkışı durumuna ulaştı.

Vakumlu Sıcak Pres Isıtma Plakası Tasarım Kontrol Listesi
Vakumlu sıcak pres ısıtma plakası tasarımının kapsamlı kontrol listesi aşağıdaki gibidir:

Kategori Kritik Özellik Doğrulama Yöntemi
Body material 316L stainless steel (or Inconel for >500 derece )Malzeme sertifikası Yüzey işleme (elektropolish)
Hermetik olarak yalıtılmış mineral-yalıtımlı (MI) kablo Isıtma elemanıOrganik uç contası yok, kaynaklı kılıf
İç izolasyon Sıkıştırılmış MgO (kuru, vakumla gazdan arındırılmış)Üretici tarafından Hoover ile gaz giderme verileri
GeçişlerSeramik-metale-, sızıntı oranı<10-9 mbar·L/sHelium leak test