1600 laipsnių aukštos temperatūros dėžutė - tipo laboratorijos sukepinimo krosnis

1600 m. Per stebėjimo langą galima pamatyti keraminį žaliąjį kūną, atliekantį transformaciją - iš pradžių pilkšvai - balta žalia korpuse palaipsniui įgyjamas į Jade panašų blizgesį, įrodant, kad kristalinių fazių pertvarkymas esant aukštai temperatūrai.

Laboratorijoje profesorius Zhang įdėmiai spokso į temperatūros kreivės ekraną, jo pirštai nuolat reguliuodami valdymo skydelio parametrus. „Pakelkite dar 50 laipsnių“, - sako jis savo padėjėjui. "Būkite atsargūs, kad išlaikytumėte pastovų kaitinimo greitį, kitaip žaliojo kūno vidiniai įtempiai sukels mikrotraumus."

Aukštas - temperatūros sukepinimas yra kritinis žingsnis optimizuojant keraminių medžiagų savybes. Esant ekstremalioms 1600 laipsnių sąlygoms, medžiagos atomai yra aprūpinti pakankamai energijos energijos barjerams įveikti ir rekombinuoti, sudarydami tankesnę ir stabilesnę mikrostruktūrą. Tačiau šis procesas ne visada yra sklandus buriavimas - temperatūros svyravimai, netiksli atmosferos kontrolė ir netgi kompoziciniai nehomogeniškumai žaliame kūne gali sukelti sukepinimo gedimą.

Staiga stebėjimo sistema nuskambėjo aliarmu, paskelbdama apie nenormalius deguonies kiekio svyravimus krosnyje. "Greitai, pereikite prie azoto apsaugos!" Profesorius Zhangas greitai atsakė. Jo padėjėjas iškart sureguliavo dujų vožtuvą, pakeisdamas orą inertine atmosfera. Po kelių sekundžių duomenys stabilizavosi. Profesorius Zhang įkvėpė palengvėjimo atodūsį: „Ačiū, gerumui mes jį pagavome laiku, kitaip ši cirkonio mėginių partija būtų buvusi sugadinta oksidacijos metu“.

Aukštos - temperatūros sukepinimo krosnys nėra tik įranga; Jie yra medžiagų mokslo „alchemikai“. Jų naudojama temperatūra keramikai suteikia neprilygstamą stiprumą, atsparumą karščiui ir elektrinėms savybėms. Nuo aviacijos ir kosmoso iki elektronikos, šios medžiagos, grūdintos tūkstančiais laipsnių, stumia žmonių technologijų ribas.

1600 laipsnių aukščio - temperatūros dėžutė - tipo laboratorijos sukepinimo krosnis yra pagrindinė laboratorinė įranga, skirta aukštai - temperatūros sukepinimas medžiagų sukepinimas. Esant iki 1600 laipsnių darbinės temperatūros, ji gali atitikti aukštus - temperatūros sukepinimo, lydymosi ir kristalizacijos reikalavimus keramikos, metalų ir kompozicinių medžiagų reikalavimams. Jis plačiai naudojamas atliekant pagrindinius tyrimus ir mažuose - gamybos srityse, tokiose kaip medžiagų mokslas, keramikos inžinerija, metalurgija ir kosmoso miltelių miltelių. Toliau pateiktas išsamus įrenginio aprašymas, įskaitant jo apibrėžimą, pagrindinę struktūrą, veiklos principą, taikymo scenarijus ir pagrindinius veiklos taškus:

I. Pagrindinis apibrėžimas

Šis įrenginys yra dėžutė - Aukštos - temperatūros eksperimentinės krosnies tipo. Pagrindinės jo savybės apima temperatūros valdymą ir stabilią aukštą - temperatūros aplinką. Medžiagų sukepinimo procesas (pvz., Dalelių difuzija, tankinimas ir fazių transformacija) esant aukštai temperatūrai, jis optimizuoja medžiagų savybes (tokias kaip padidėjęs stipris ir tankis bei aktyvuotos funkcinės savybės). Jo 1600 laipsnių temperatūros galimybė leidžia jai apdoroti aukštą - tirpimą - taškinės medžiagos (tokios kaip aliuminio oksido keramika ir silicio karbido kompozitai), kurių negalima sukepinti naudojant įprastą įrangą.

Ii. Pagrindinės struktūros ir techninės savybės

1. Krosnies kėbulo ir izoliacijos sistema

1600 laipsnių aukšta temperatūra kelia daug aukštesnius šiluminės izoliacijos reikalavimus nei vidutiniai - ir žemai - temperatūros krosnys. Struktūrinis dizainas turi subalansuoti aukštą temperatūrą, kontroliuojančią energijos suvartojimą:

Korpusas: pagamintas iš 3 - 5 mm storio šalčio - suvyniotos plieninės plokštelės, suvirintos kartu, paviršius yra aukštai - temperatūros korozijos apsauga (pvz. Kai kuriuose aukštuose - galiniuose modeliuose yra dvigubas - sluoksnio vandens aušinimo striukė (nuolatiniam veikimui esant 1600 laipsnių), kad korpuso temperatūra neviršytų 60 laipsnių (kambario temperatūroje).

Izoliacija: naudoja daugialypę - sluoksnio kompozicinę izoliacijos struktūrą iš vidaus į išorę:

Vidinis sluoksnis: polikristalinė Mullito pluošto lenta (atsparumas šilumai 1800 laipsnių, šilumos laidumas mažesnis arba lygus 0,12W/(M ・ K)), tiesiogiai veikiančiam krosnies aukštą temperatūrą;

Vidurinis sluoksnis: aliuminio oksido tuščiavidurės rutulio plytos (al₂o₃ kiekis didesnis arba lygus 90%, šilumos atsparumas 1700 laipsniui, lengvas ir didelis stiprumas), mažinant šilumos nuostolius radiacija;

Išorinis sluoksnis: aliuminio oksido silikato pluošto antklodė (atsparumas šilumai 1260 laipsnių) + atspindintis sluoksnis (aliuminio folija arba nikelis - chromo lydinio folija), dar labiau blokuojant šilumos laidumą.

Ši integruota izoliacijos sistema užtikrina, kad šilumos nuostolių greitis būtų mažesnis arba lygus 3%, kai veikia esant 1600 laipsnių, ir sumažina energijos suvartojimą maždaug 40%, palyginti su 1400 laipsnių krosnimi.

Krosnies durų dizainas: šono - atidarymo arba vertikalus keltuvas, aprūpintas dvigubu - sandarikliu (vidinis keraminio pluošto virvės sluoksnis, aukštų {- atsparios temperatūros gumos išorinė sluoksnis yra mažesnis nei 1 mm atsparus temperatūrai. Kai kurie modeliai apima „šiek tiek atviros išmetimo“ funkciją (tarpą galima sureguliuoti rankenėle), kad sukepinimo metu būtų palengvinama lakiųjų medžiagų išleidimas (pvz., Vanduo ir organinės medžiagos).

2. Krosnies kamera ir pakrovimo sistema

Krosnies kamera yra pagrindinė sritis, kurioje medžiagos tiesiogiai kontaktuoja ir turi būti atsparios aukštai temperatūrai, korozijai ir mažai užteršimui.

Krosnies kameros medžiaga:

Bendrosios programos: 99% aukštas - grynumo korundo kamera (al₂o₃ didesnė arba lygi 99%), kurios atsparumas temperatūrai yra 1700 laipsnių ir puikus atsparumas šiluminiam šokui (be įtrūkimų, kai greitas aušinimo temperatūros skirtumas yra mažesnis arba lygus 200 laipsnių), tinkamam susipynimo ceramikos ir oksido medžiagoms.

Specialūs taikymai (pvz., Medžiagos, turinčios silicio ar anglies): silicio karbidas, derinamas su silicio nitrido kamera (sic - Si₃n₄), kurių atsparumas temperatūrai yra 1600 laipsnių, ir atsparumas silicio garų korozijai, užkertant kelią reakcijai tarp kameros ir mėginio.

Matmenys: Bendrosios laboratorinės krosnies kameros svyruoja nuo 10-50L (pvz., 300 × 200 × 200 mm). Didesni dydžiai gali būti pritaikyti (reikia didesnės šildymo galios).

Apkrovos - guolių komponentai: krosnies kameroje yra standartinė „Corundum“ lentyna (storio didesnis arba lygus 10 mm) arba molibdeno lydinio laikiklis (tinkamas inertiškos atmosferai), kuri gali tilpti mėginius keliuose sluoksniuose (tarpai didesni arba lygūs 50 mm, kad būtų užtikrintas vienodas ugnies srautas). Keraminio pluošto kilimėliai dedami į kontaktinį tašką tarp lentynos ir krosnies kameros, kad būtų sumažintos šilumos laidumo nuostoliai.

3. Šildymo sistema

Aukštos 1600 laipsnių temperatūros reikalavimas kelia ypač didelius poreikius šildymo elementams atsparumui temperatūrai ir stabilumui. Įprasti elementai ir jų savybės yra šie:

Šildymo elementai

Medžiaga

Aukštos temperatūros atsparumas (laipsnis)

Taikoma atmosfera

Savybės

Silicio karbido strypai: Silicio karbidas (SIC) 1650 laipsnių oras, inertinė atmosfera: didelis atsparumas kambario temperatūroje, startui nereikia mažinti įtampos {- aukštyn; Vienodas šildymas, tačiau trapūs ir linkę lūžti dėl vibracijos.

Molibdeno disilicido strypai: molibdeno disilicidas (Mosi₂) 1700 laipsnių oras: stipriai aukštas - temperatūros atsparumas oksidacijos atsparumui ir ilgas tarnavimo laikas (iki 2000 valandų 1600 laipsnių), tačiau mažam atsparumui šalčiui reikia sumažinti įtampą - aukštyn.

Molibdeno viela (juostelė): gryna molibdenum (MO) 1800 laipsnių inertinis/vakuumas: didelis kaitinimo efektyvumas, tačiau linkęs perdegti oksiduojant atmosferoje, reikalaujant vakuumo ar argono apsaugos.

Šildymo išdėstymas: dažniausiai priima „erdvinio“ dizainą (abi krosnies pusės + viršutiniai + kaitinimo elementai yra tolygiai paskirstomi per krosnies dugną, kad būtų užtikrintas temperatūros vienodumas krosnyje, mažesnėje arba lygi ± 5 laipsnių (1600 laipsnių), užkirsti kelią vietinėms temperatūros skirtumams, kurie gali lemti netolygų mėginių susipriešinimą.

Maitinimo konfigūracija: 10L krosniui reikia 10–15kW, o 50L krosniui reikia 25–35kW. Taip pat reikalingas skirtas transformatorius (su stabilia išėjimo įtampa), kad būtų išvengta elektros tinklo svyravimų, neturėtų įtakos šildymo stabilumui.

4. Temperatūros valdymo ir stebėjimo sistema

Temperatūros valdiklis: naudoja aukštą - tikslų intelektualųjį PID valdiklį (pvz., Japonijos Shimadeną ar Vokietijos „Weishaupt“). Tai palaiko bet kokios temperatūros nustatymą nuo 0–1600 laipsnių, o reguliuojamas kaitinimo greitis yra 0–20 laipsnių /min. (Kai kurie modeliai palaiko 0,1 laipsnio /min. Padidėjimą), laikymo laikas-0–9999 valandas, o temperatūros kontrolės tikslumas yra ± 1 laipsnis.

Temperatūros matavimo elementas:

Oro atmosfera: B tipas Termoelementas (PT30RH - pt6rh, matavimo diapazonas 0-1800 laipsnis), įterptas tiesiai į krosnies centrą, reagavimo laikas, mažesnis arba lygus 1 sekundei;

Vakuuminė/inertinė atmosfera: R tipas Termoforas (PT13RH - pt, atsparesnis užteršimui) arba infraraudonųjų spindulių termometru (ne - kontaktas, kad būtų išvengta termoelementų užteršimo).

Programos valdymas: palaiko daugialypę - etapo rampą - laikykite - šaunios kreivės (pvz. Pre - šaudymas ir sukepinimas).

Safety features include built-in over-temperature alarm (audible and visual alarm + power off when deviation >10 laipsnių), Termoelemento gedimo apsauga (kaitinimas nedelsiant sustoja, jei termoelementas sugenda), apsauga nuo viršįtampio (kelionės, kai srovė viršija 1,2 karto didesnę vertės vertę), ir durų blokavimas (automatiškai nutraukia šildymo galią atidarius duris).

Iii. Darbo principas

Sukepinimas yra medžiagų tankinimo aukštoje temperatūroje procesas per tarp - dalelių difuzijos, ryšių ir porų pašalinimo. Pagrindinė įrangos funkcija yra užtikrinti stabilų aukštą - temperatūros aplinką, skatinant šiuos fizinius ir cheminius pokyčius:

Dalelių kontaktas: Medžiagos milteliai (pvz., Keraminiai milteliai ir metalo milteliai) yra glaudžiai kontaktiniai esant slėgiui ar sunkumui. Aukšta temperatūra padidina kinetinę atomų energiją ant dalelių paviršiaus, peržengiant difuzijos barjerą;

Kaklo susidarymas: „kaklas“ susidaro dalelių kontaktiniame taške (panašiai kaip vandens lašelių suliejimas), palaipsniui augdamas ir jungiantis į visumą;

Tankinimas: pakilus temperatūrai, užpildomos poros, o medžiagų tankis padidėja nuo pradinio 50–60% iki daugiau nei 90% (pavyzdžiui, aliuminio oksido keramika gali pasiekti daugiau kaip 95% tankį po sukepinimo 1600 laipsnių);

Fazės transformacija: Kai kurios medžiagos (pvz., Švino cirkonato titanato keramika) aukštoje temperatūroje patiria kristalų transformaciją (pvz., Tetragonalinę iki kubinės), aktyvuodamos jų pjezoelektrines ir dielektrines savybes.

Iv. Tipiški taikymo scenarijai

Struktūrinis keraminis sukepinimas: Pavyzdžiui, aliuminio oksido keramikai (Al₂o₃) ir cirkonio keramikai (ZRO₂) reikia 1600 laipsnių temperatūros, kad būtų pasiektas vienodas grūdų augimas ir tankinimas, ir yra naudojamos susidėvėjant - atsparioms dalims ir aukštai - temperatūros struktūrinėms komponentams.

Funkcinė keramika: Pavyzdžiui, bario titanatas (batio₃) keramika (sukepinimas 1600 laipsnių laipsnio metu suteikia didelę dielektrinę konstantą, naudojamą kondensatoriuose), o aliuminio nitrido (Aln) keramika (aukštas -} temperatūros sukepinimas mažina deguonies nešvarumus ir improvizuoja šiluminį laidumą).

Miltelių metalurgija: aukštų - lydymosi - taškinių metalų (pvz., Volframo ir molibdeno lydiniai) arba tarpmetalinių junginių (tokių kaip tialinis) {{2 {2 {2 {2 {2. 1600 laipsnis skatina difuzijos suvirinimą ir pagerina medžiagos stiprumą.

Ugniai atsparios medžiagos tyrimai: Pavyzdžiui, „Corundum“ ugniai atsparių plytų žaliavų sukepinimo eksperimentai išbando postą - sukepinant tiesinius linijinius pokyčius, gniuždomąjį stiprumą ir kitas skirtingų kompozicijų savybes esant 1600 laipsnių.

Kompozicinė sąsajos valdymas: pavyzdžiui, anglies pluošte - sustiprintos keraminės matricos kompozitai (C/SIC), sukepinant 1600 laipsnių, skatina sąsajų reakciją tarp pluošto ir matricos, kad būtų optimizuotos mechaninės savybės.

V. Pagrindiniai eksploatavimo ir priežiūros taškai

1. Veiklos specifikacijos

Išankstinio apdorojimo pavyzdys:

Miltelių mėginiai turi būti sutankinti (pvz.

Mėginiai, kuriuose yra organinių medžiagų (pvz., Riešikliai), pirmiausia turi būti nutraukti (laikant 300–600 laipsnių 2–4 valandas), o po to kaitinami lėtai (mažiau arba lygi 5 laipsnių /min.), Kad būtų išvengta sprogimų.

Šildymas ir aušinimas:

Kai sukepina 1600 laipsnius, rekomenduojama mažesnis arba lygus 10 laipsnių /min. (Ypač didesnis nei 1000 laipsnių) kaitinimo greitis, kad būtų išvengta mėginio šiluminio įtempio.

Po sukepinimo mėginys turi būti natūraliai atvėsęs iki 800 laipsnių (maždaug 8–12 valandų) prieš atidarant krosnies duris. Priverstinis oro aušinimas yra griežtai draudžiamas (nes dėl to krosnis gali sprogti arba mėginys įtrūkti).

Atmosferos valdymas:

Oksiduojanti atmosfera (pvz., Keraminis sukepinimas): laikykite krosnies durys šiek tiek atidarytos arba atidarykite išmetimo vožtuvą, kad būtų užtikrintas pakankamas deguonis.

Inertinė atmosfera (pvz., Metalo sukepinimas): Pirmiausia, evakuokite atmosferą (mažesnę arba lygi 1 PA), tada įveskite aukštą - grynumo argono/azoto (didesnis arba lygus 99,999%). Pakeiskite atmosferą 3–5 kartus, tada palaikykite šiek tiek teigiamą slėgį (0,01–0,02 MPa).

2. Priežiūra ir priežiūra

Krosnių kameros valymas: Po kiekvieno naudojimo iš krosnies kameros (naudodami minkštą šepetėlį ar dulkių siurblį) išimkite visus likusius miltelius, kad priemaišos būtų ištirpintos ir surišo į krosnies kamerą aukštoje temperatūroje. (Pavyzdžiui, silicio priemaišos gali reaguoti su korundumu, kad sudarytų žemą - tirpimą - taškinį aliuminosilikatus, kurie gali koroduoti krosnies kamerą.)

Šildymo elemento tikrinimas:

Silicio karbido strypai: reguliariai apžiūrėkite įtrūkimus ir lenkimus. Jei ant elemento paviršiaus įvyksta „miltelių gaminimas“ (per didelis oksidacija), greitai pakeiskite jį. Įdiegimo metu pritvirtinkite specialiais keraminiais spaustukais, kad dėl streso būtų išvengta lūžio.

Molibdeno disilicido strypai: venkite kontakto su metalu (susidarys žemas - tirpimas - taško lydinys). Paviršiaus oksido plėvelė (MOO₃) yra apsauginis sluoksnis ir neturėtų būti subraižytas.

Termoelemento kalibravimas: kalibruokite kas šešis mėnesius, naudodamiesi standartine termoelementu (pvz., B tipo termoelementas, sertifikuotas Nacionalinio metrologijos instituto), kad būtų užtikrinta mažesnė arba lygi ± 3 laipsnio temperatūros matavimo paklaida.

Saugos atsargumo priemonės: dėvėkite aukštą - temperatūros izoliuotos pirštinės (atsparios didesnės nei 300 laipsnių arba lygiaverčiai) ir akiniai, o akiniai. Tiesioginis 1600 laipsnių krosnies žiūrėjimas yra ypač intensyvus dėl intensyvios spinduliavimo šilumos. Tvarkydami mėginius, kuriuose yra toksiškų elementų, tokių kaip švinas ir kadmis, išmetimo kanalą prijunkite prie dūmų gaubto.

Santrauka

1600 laipsnių aukščio - temperatūros dėžutė - tipo laboratorinių sukepinimo krosnių tipo, kurio pranašumai yra aukštos - temperatūros stabilumas, temperatūros valdymas ir medžiagų suderinamumas, tapo pagrindine medžiagų sukepinimo instrumentu. Pagrindinis jo principas yra suteikti idealią aukštą - temperatūros aplinką medžiagoms, optimizuojant izoliacijos, šildymo ir temperatūros valdymo sistemas. Tinkamas veikimas ir priežiūra ne tik užtikrina eksperimentinių rezultatų patikimumą, bet ir žymiai prailgina įrangos tarnavimo laiką (tinkamas 1600 laipsnių naudojimas gali pasiekti 5–8 metų krosnies eksploatavimo laiką).