Cum să selectați un material de plată de încălzire și un tip de încălzitor pentru o presă de sinterizare cu-vid,-înaltă temperatură?

Pentru a sinteriza ceramica avansată, carburi sau metale refractare aveți nevoie de o presă care să poată funcționa la vid înalt și la temperaturi când oțelurile standard își pierd structura și încep să degaje vapori considerabili. În aceste condiții ridicate placa de încălzire devine principalul element structural și termic al sistemului. Prin urmare, proiectarea unei prese de sinterizare cu vid înalt pentru plăci de încălzire se bazează pe materiale care sunt stabile, puternice și ultra-scăzute în degajare în condiții de peste 1000 de grade și niveluri de vid adânc.

La aceste temperaturi, platoul este o bucată în flăcări din același regn mineral pe care îl prelucrează. Selecția materialului trebuie făcută din cele mai refractare elemente disponibile în practica ingineriei.

Condiții extreme de prelucrare pentru sinterizarea în vid
Presele de sinterizare cu vid înalt-se folosesc pentru densificarea materialelor, care necesită:

Atmosfere de gaz de ultra-puritate

Profiluri exacte de temperatură peste 1000 de grade

Aplicarea sub presiune controlată în timpul procesului de sinterizare

Puțină contaminare cu materialele de scule

Mediul de vid previne oxidarea, dar necesită o volatilitate foarte strictă a materialului și proprietăți de degazare.

De ce metalele obișnuite eșuează
Oțelurile inoxidabile convenționale și aliajele de nichel nu sunt adecvate deoarece:

Rezistența mecanică scade rapid peste ~800-900 de grade

Degazare semnificativă în vid

Contaminarea piesei de prelucrat prin contaminarea suprafeței

Fluaj mare sub sarcină

Aceste constrângeri necesită o tranziție către metale refractare și materiale pe bază de carbon-.

Selectarea materialului pentru placa de încălzire a preselor de sinterizare în vid înalt
Alegerea materialului pentru placa de încălzire a unei prese de sinterizare în vid înalt depinde de stabilitatea termică, rezistența mecanică și compatibilitatea cu vidul.

Grafitul ca material de plată
Grafitul este un material obișnuit utilizat pentru plăcile de sinterizare în vid, în special în sistemele de temperatură medie până la înaltă.

Proprietățile cheie ale grafitului
Stabil în inert sau vid până la aproximativ . 2500 grade

Rezistenta foarte buna la socuri termice

Platoul este foarte prelucrabil pentru geometrii complicate

Cost relativ ieftin în comparație cu metalele refractare

Utilizate în mod obișnuit în plăcile de grafit includ:

Sisteme-de presare la cald

Cuptoare pentru metalurgia pulberilor

Presarile ceramice

Grafitul, totuși, este poros și trebuie curățat și tratat corespunzător pentru a reduce degajarea.

Molibden și wolfram pentru plăci cu temperatură ultra-înaltă
Printre metalele refractare folosite pentru cele mai solicitante aplicații de sinterizare se numără molibdenul și wolfram.

Caracteristicile molibdenului
Punct de topire ca. 2620 grad

Rigiditate mare la temperaturi ridicate

Conductivitate termică mai mare decât ceramica

Stabilitate dimensională bună în vid

Caracteristici tungsten
Punct de topire: ~3422 grade

Rezistență la temperaturi ridicate - grozav

Densitate mare și rigiditate

Rezistență excelentă la fluaj

La aceste temperaturi, placa este o piesă care arde din același regn mineral pe care îl prelucrează, cu caracteristici esențiale ale materialelor în comun cu componentele sinterizate în sine.

Limitare critică
Molibdenul nu poate fi utilizat în atmosfere oxidante. Temperaturile ridicate provoacă oxidare rapidă, ducând la descompunerea catastrofală a materialului. În consecință, sistemele de molibden și tungsten pot fi operate numai în:

Condiții de vid ridicat.

Atmosfere de gaz inert (argon, heliu)

Condiții controlate reduse

Tehnologii ale elementelor de încălzire ale plăcilor de vid
Încălzirea în prese de sinterizare în vid înalt este asigurată de elemente refractare adecvate.

Încălzitoare de sârmă din molibden
Sârma de molibden este utilizată în mod obișnuit, deoarece este compatibil cu setările de vid și temperatură ridicată. Ar putea fi:

În interiorul structurilor de grafit

atârnând în spatele vălurilor luminii

Construit în interiorul ansamblurilor platine

Componente din carbură de siliciu
Tijele de SiC sunt uneori utilizate în sisteme de vid inferior sau de tranziție. Aceste elemente sunt în principal încălzitoare radiante și sunt situate în afara suprafeței plăcii.

Dominanța încălzirii radiative
Convecția nu este importantă la vid înalt. Principalul mod de transport al căldurii este:

Radiația de la elementul de încălzire

Conducerea structurii platinei

Scuturi termice reflectorizante

Controlul degazării și compatibilitatea cu vidul
Este esențial ca materialul să fie pur, deoarece orice gaz emis în sistemele de sinterizare în vid poate deteriora vidul și poate afecta rezultatul sinterizat.

Surse de poluare
Sursele comune de contaminare sunt:

Reziduuri organice ale uleiurilor de mașini

Umiditate adsorbită prezentă în aer

Contaminanți volatili din materialele de bază

Oxizi și compuși de carbon pe suprafețe

Proceduri de coacere-la vid
De obicei, ansamblurile platine sunt coapte într-un ciclu controlat înainte de utilizare operațională.

În acest proces:

Încălzirea platanului în condiții de vid

Temperatura este mai mare decât nivelul de funcționare dorit

Speciile volatile sunt expulzate din matricea substanței

gazele reziduale sunt pompate din sistem

Această procedură de precondiționare este necesară pentru o performanță stabilă a vidului în timpul ciclurilor de producție.

Considerații de proiectare mecanică și termică
Platanele de temperatură înaltă trebuie să fie stabile dimensional sub stres termic și presiune mecanică.

Controlul expansiunii termice
Grafitul și metalele refractare se caracterizează prin dilatare termică diferită. Proiectarea sistemului ar trebui să ia în considerare:

Expansiune uniformă pe suprafețe mari ale plăcilor

Evitarea concentrațiilor de stres termic

Gradienți de încălzire controlați în timpul rampei de sus și descendente

Cerințe privind rulmentul
În aplicațiile de presare la cald, placa este, de asemenea, o componentă structurală care suportă sarcina-. Astfel, alegerea materialului trebuie să țină cont de:

Rezistență la fluaj sub sarcină susținută

Modul de elasticitate la temperatura de lucru

stabilitatea deformațiilor pe termen lung{0}

Prezentare generală comparativă a selecției materialelor
Material Temperatură maximăVacuum Compatibilitate Rezistență mecanică Aplicație tipică
Grafit ~2500 grade Excelent (vid/inert) Moderat Placă de sinterizare generală
Molibden ~2620 de grade Excelent (numai ne-oxidant) Înaltă Presă de-înaltă precizie
Tungsten ~3422 grade Excelent (nu-numai oxidant) Foarte ridicat Sisteme cu temperaturi extreme
Arhitectura sistemului și integrarea proceselor
În general, sistemele cu plăci de încălzire sunt combinate cu aranjamente sofisticate ale ansamblurilor de presă-cuptor, cum ar fi:

Sisteme de management termic pentru mai multe-zone

Sisteme de pompare cu vid (vid înalt și extrem de mare)

Stive de ecranare împotriva radiațiilor

Sisteme de presare (hidraulice sau mecanice)

Rețele fiabile de monitorizare a temperaturii

Fiecare subsistem trebuie proiectat astfel încât să fie stabil în mediile cu căldură ridicată și vid.

Gânduri de închidere
Decizia de inginerie a materialelor de a selecta o plată de încălzire pentru o presă de sinterizare cu vid la temperatură înaltă-este una dintre cele mai extreme în proiectarea prelucrării termice. Grafitul, molibdenul și wolframul au fiecare amestec unic de stabilitate termică, rezistență mecanică și compatibilitate cu vid, permițând funcționarea la temperaturi la care alte materiale structurale ar defecta.

Așadar, o presă de sinterizare în vid înalt din materialul plăcii de încălzire este un sistem specific de mare valoare realizat din componente care pot supraviețui circumstanțelor grele pe care le generează. Selecția materialului în acest domeniu este, practic, studiul nivelului superior al tabelului periodic, unde performanța este determinată de stabilitatea refractară și de comportamentul la vid ultra-înalt.

Cele mai tari procese de producție pe unelte construite pe aceleași fundații de bază sunt în cele din urmă formate din cele mai extreme setări din natură, unde restricțiile termice și structurale se întâlnesc la limita posibilităților materiale.