碳化钨真空烧结用真空炉设计温度1600°C,容积50L,功率50kW。 加热元件采用石墨棒组装,工作电压低(相电压<20V),工作电流大(相电流:1000A)。 为了保证真空炉的工作真空度,减少真空泄漏,安装在炉体上的附件,如进电极、热电偶出口装置等,均采用密封结构设计,但密封结构在安装使用中存在一定的问题。
1、改进单晶炉石墨电极入口电极密封结构 真空炉石墨部分。
真空炉的入口电极(又称水冷电极铜电极或入口铜电级)是一种将电能引入炉内电加热元件(这里为石墨棒)的导电装置,由铜以水冷方式制成。 它与炉膛内的石墨加热元件相连,通过炉壳时应保证良好的真空密封(该真空炉的炉壳采用圆柱形双层水冷结构); 同时,入口电极和炉壳应具有良好的绝缘性能。 因此,在入口阶段和炉壳之间设计了密封结构。
1.原装入口电极密封结构。
入口电极与炉壳电极孔之间有两个聚四氟乙烯(或电木)绝缘套管,密封用橡胶圈置于两个绝缘套管的中间。 安装时,保持入口电极与炉壳之间的位置相对固定,并逐渐拧紧铜电极外侧的螺母,橡胶密封圈在两个绝缘套管的挤压下膨胀,最终在入口电极与电极孔之间形成完整的密封。
这种密封结构看似简单,但是在安装时螺母一拧紧,入口电极就会向外移动,伴随着一点点旋转,从而带动炉内的石墨过渡电极旋转,很难保持它与炉壳之间的位置相对固定,而且入口电极位移过大,容易损坏石墨过渡电极和炉内石墨加热元件。入口电极与炉壳电极孔之间的间隙很小,没有调整的余地,安装困难。 在正常使用过程中,虽然入口电极中有冷却水,但炉内也有碳毡防止热辐射,在导热和余辐射热的共同作用下,延伸到炉内的一小部分绝缘套管会在短时间内变形,橡胶密封胶圈上的挤压力降低, 最终密封件损坏,导致真空泄漏。
2.改进了入口电极密封结构。
紧固用法兰代替螺母,将O型圈移至炉壳外侧,法兰1(焊接在炉壳上)采用不锈钢材料(防止涡流效应),从绝缘角度看,法兰2应采用聚四氟乙烯材料,并附上一小段绝缘套管并延伸至炉膛的电极孔中壳。法兰1与法兰2之间的端面,入口电极法兰2与法兰3之间的间隙均用环密封。 这种结构确保了入口电极在拧紧时不会发生位移。 较薄的绝缘套增加了入口电极与孔之间的间隙,安装时调节室较大,便于实现石墨过渡电极之间的连接,即使绝缘套变形也不会造成法兰密封的损坏。 通过这种改进,满足安装和使用的要求,提高了产品质量。
二是热电偶密封结构的改进。
热电偶作为测温和温控装置的温度传感元件,是真空炉加热室中重要的试验装置。 硬质合金真空烧结炉的工作温度在1400以上,控温精度高,因此炉内温度检测采用最昂贵的B指数(铂铑30-铂铑6)热电偶。 因此,不仅要保证热电偶线的引出符合真空密封的要求,还要注意使用的便利性和降低成本。
1 独创的热电偶密封结构。
在真空橡胶垫片和聚四氟乙烯套管上钻两个小孔,在热电偶(0.)上钻电极丝。5nn)穿过中间,拧紧外压螺母,橡胶垫片被聚四氟乙烯垫片挤压形成密封。无论炉内是否使用保护套管,热电偶线始终暴露在真空气氛中,并在高温下被含碳气氛腐蚀,其寿命迅速缩短。 实践表明,烧结1 2炉产品时,热电偶会断裂,无论是从热电偶的消耗还是从产品生产的角度来看,都是不经济的。
2.改进的热电偶密封结构。
刚玉保护套管(16nm)从炉膛延伸到炉膛外侧,套筒与炉壳之间采用橡胶密封圈,热电偶直接置于套筒内测量温度。 此时,刚玉套将炉内真空与炉外大气隔离开来,热电偶处于大气环境中,长期使用不会损坏。 这种方法的缺点是,刚玉套管虽然可以承受高温(1800°C以上),但长期的热胀冷缩也会导致其产生细小的裂纹,如果观察到氧化,应及时更换套管附近的加热元件。