石墨热场介绍

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1、热场是真空电阻炉的核心部分，它的好坏直接影响到炉子的性能及其运营成本。热场的设计是多 种多样的，具体选择哪一种设计方案，主要基于对工艺流程的具体分析。大多数真空电阻炉的热 场包括四个主要组成部分：加热器及其连接部件隔热部件（或者反射屏）热场支撑部件工件承载炉床从形状上来划分，热场可以有方形和圆形之 分，圆形热场在真空炉领域中占有较高的比例。 为了能够从炉膛中方便地安装和移除，所有的热场都被建造成为模块的形式。加热器大多数高温真空炉是采用电阻加热的方式。加热器的选材可以是金属或者石墨。根据需要， 加热器可以设计成多种形式。加热器材料的选择主要取决于工作温度。对于低工作温度的，例如 真空回火炉来说

2、，价格便宜的镍铬合金就可以胜任。对于需要高温，用来做热处理的诸如，淬火 炉和钎焊炉来说，钼和石墨是目前最流行的材料。多年以来，钼金属几乎完全专用于真空热处理和钎焊炉中，同时也普遍存在一种误解是说：从石 墨材料中排放的物质会和某些材料起化学反应并且污染炉内工件。早期石墨加热器仅限于形状简 单的那种，而且石墨部件之间的的连接和电学性能不是很稳定。随着石墨材料性能和加工工艺的 提高，已经有越来越多的石墨加热器应用到热处理和钎焊炉中，在数量上已经超过了钼加热器。 石墨加热器的主要优势是：设计轻巧，形状丰富，持久耐用和易于维 护。隔热部件/反射屏钼金属和石墨（碳纤维石墨化毡）也可用于真空炉的隔热部件。在

3、一个全金属热场中，隔热 屏是由多层金属板构成的，每层隔热板之间预留一定的空间。例如，在一个1315。工作温度的 标准真空炉中，隔热屏往往内部由两层钼薄板，还有外面三层不锈钢薄板构成。如果要求更高的 工作温度，钼薄板的层数以及每一层的厚度都要随之增加。如果工作温度超过1650C，可以用 钽薄板来替代钼薄板。对于全金属热场来说，隔热性能的好坏主要取决于金属薄板之间的层数及 间隔，这些间隔用来防止热量从热场中心区域向外辐射传导。由于钼薄板所具有的反射特性，使 得从热场中心区发出的热辐射重新反射给位于热场中心的工件。全金属热场往往适用于对真空度 和清洁度要求很高的使用环境（例如：医疗器械的生产）。对于

4、全金属热场来说，需要注意的是 钼金属在1150C以上，由于金属的重结晶会产生脆化现象，脆化的金属隔热屏容易受到掉落到 屏上面的夹具或工件的损伤。由于钼金属价格较高，全金属热场的成本也往往要高于其他材料制 成的热场。还有一种流行的设计方案是采用石墨材料制作热场隔热部件。标准的石墨保温材料由板状或 者多层毯状石墨化碳纤维材料组成，在靠近热场中心的内表面往往需要加覆一层石墨纸或碳碳复 合材料薄板用来提高热反射率和防止高压气流的冲刷。由于石墨材料本身所具有的多孔性和可渗 透性，各层隔热材料之间不需要预留额外的空间。石墨材料具有优良的隔热性能，成本通常较金 属屏低，而且非常易于使用。就制造成本，耐用性和

5、可维护性而言，石墨隔热软毡较石墨隔热硬 毡具有一定的优势。通过生产实践，金属隔热屏往往不适于环境恶劣的真空钎焊工艺。来自于焊料的金属物质会沉积 在金属隔热屏的表面，由于隔热屏与所附着的焊料物质的热膨胀系数不同，金属隔热屏会产生弯 曲变形与断裂，这会最终降低金属屏的隔热性能。金属屏在遇到铜焊合金溅射的情况下很容易受 到损伤，导致屏的表面形成孔洞，热量会从这些孔洞中传递出去。当然，使用厚一些的金属屏特 别是钼合金的屏会延长金属热场的使用寿命，但是却增加了可观的成本。比较好的解决方案是采 用石墨材料制作隔热部件，实践证明，尽管在钎焊工艺中会有很多焊料沉积在石墨隔热材料的表 面，但是却不会发生熔解的焊

6、料与石墨隔热材料的熔合现象。虽然有人会质疑，认为石墨材料比 金属材料更容易吸收水分，水分对钎焊工艺过程危害很大，但是，实践证明热场周而复始的升温 与降温会很好地排除石墨隔热材料中的水分。热场承载部件根据炉体的形状，热场承载部件通常由一个或多个圆形钢环组成，材料通常采用不锈钢而不 是普通的碳钢，不锈钢虽然使成本有所增加，但是却大大增加了其耐用性。在大多数真空炉设计 中，在不锈钢环的四周遍布气体喷嘴，因此，热场承载部件还扮演了一个让气体全方位遍布整个 工件的角色。隔热部件是通过各种形状的不锈钢部件固定在热场承载部件上面的。工件承载炉床工件承载部件是设计用来支撑热处理工件的部件，其制作材料仍然是目前

7、流行的金属钼和石 墨。通常是在炉床上建造滑轨用以负荷工件，并且通过螺钉固定安装在炉膛外面的加强区域。由 于材料的强度高，对于同样重量的工件，钼炉床可以建造得比石墨炉床更轻。在长期周而复始的 热环境下，钼制轨道会产生一定程度的变形。石墨炉床尽管重量大一些，还有其在低温下热容量 较大，但是石墨炉床不会热变形，还有就是石墨良好的导热性降低了它的一些不利因素。尽管石 墨比钼便宜，石墨的导轨却由于石墨的脆性的特点容易在装载工件的时候掉屑。进来新研发的石 墨纤维材料可以防止掉屑的发生，但是造价比较高，甚至比钼制材料还要高。在选择炉床材料时遇到的主要问题是高温环境下出现的固体共熔现象，就是说炉床材料与工 件材料有时在高温下会出现共熔现象。例如，在1165C的温度以上，碳会和镍金属发生局部的 共熔现象。镍金属是很多钢材里面常用的金属元素（特别是不锈钢），因此这些钢制部件在热处 理过程中不能和石墨炉床或者夹具发生接触。由于这个原因，石墨炉床滑轨通常需要安装陶瓷或 者钼制部件用来把工件和石墨炉床隔离。在特定条件下，金属钼也会和某些材料发生共熔现象。 而且金属钼可以和一些钢材中常用的金属合金产生化学反应，但是往往反应温度远高于正常热处 理温度范围。