Quines són les característiques crítiques de disseny d'una placa de calefacció per a una premsa calenta al buit?

La premsa calenta en una cambra de buit presenta un problema doble-. Ha d'aplicar calor i pressió uniformes per connectar els materials, sense contaminar el buit immaculat amb desgasificacions orgàniques o gas atrapat. Les plaques d'escalfament atmosfèrics normals no sobreviuran en aquesta atmosfera prístina i-de gran risc. Dissenyar la placa de calefacció d'una premsa calenta al buit des de zero, tenint en compte la puresa del material, el segellat hermètic i la distribució de la calor. En aplicacions com la unió composta de components aeroespacials, l'encapsulació de semiconductors o la unió per difusió de metalls, el plat es converteix en un instrument clau del procés.

Requisits especials de l'entorn de buit
No hi ha convecció atmosfèrica en una cambra de buit. La transferència de calor de la platina a la peça només es pot fer per conducció (en punts de contacte) i per radiació. Això fa que la planitud i la uniformitat tèrmica de la superfície de la platina siguin encara més crucials que a l'aire. Qualsevol espai entre la platina i la peça limita el contacte efectiu i provoca una diferència de temperatura.

Mentrestant, l'entorn d'aspirador és molt susceptible a la contaminació. Desgasificar-la descàrrega de gasos atrapats, humitat o compostos orgànics volàtils dels materials-pode fer malbé el nivell de buit, contaminar la peça de treball o danyar les bombes de buit. Per tant, el disseny de la placa calefactora a la premsa calenta al buit hauria de tenir materials ultra-desgassats i estan-estanquitats.

Elecció crítica de materials per a una baixa desgasificació
El cos del plat s'ha de fabricar amb un metall adequat al buit. Les opcions populars inclouen:

Acer inoxidable 316L - Opció més popular. Té una baixa desgasificació, una resistència mecànica superior a altes temperatures i resistència a l'oxidació al forn al buit. Normalment, l'acabat de la superfície es polit o electropolit per minimitzar la superfície i limitar encara més la desgasificació.

Aliatges d'alumini (6061 o 7075) tractats específicament - L'alumini normal no és apte per a l'aspirador a causa del seu recobriment gruixut i porós d'òxid que recull la humitat. Però la neteja específica i la cocció al buit de l'alumini es poden utilitzar per a aplicacions a temperatures moderades (menys de 250 graus) . 316L és molt preferit per al buit ultra-alt (UHV).

Inconel o altres superaliatges - Els aliatges Inconel o Haynes s'especifiquen per a aplicacions de més de 500 graus quan l'acer inoxidable perd resistència. Aquests tenen pressions de vapor molt baixes a alta temperatura.

Tots els components interns, inclosos els elements de calefacció, l'aïllament, els cables de termoparell i els materials de segellat, han de complir els límits de desgasificació establerts per normes com ASTM E595 (per a aplicacions d'espai i buit) amb una pèrdua total de massa (TML) 1,0% i material condensable volàtil recollit (CVCM) 0,1%.

Materials a evitar:

Estàndard d'alumini (alta desgasificació, òxid porós).

Plàstics o polímers (excepte uns quants graus d'alta-temperatura i baix gasos com Vespel o Kapton utilitzats amb moderació).

Viton o elastòmers convencionals (la silicona o la fluorosilicona poden ser acceptables en entorns limitats; generalment, tots els-segells metàl·lics són preferibles).

Elements de calefacció al buit-Compatible, tancat hermèticament
La platina està incrustada amb elements de calefacció que s'han de tancar hermèticament per evitar desgasificacions o partícules de l'interior. Els dissenys acceptables són:

Cables calefactors aïllats-minerals (MI) - Filferro de resistència (NiCr o equivalent) envoltat en pols d'òxid de magnesi (MgO) compactat, dins d'una funda metàl·lica sense costures (Inconel, 316SS o Alloy 600). En producció, el MgO és sec i desgasificat al buit. Els extrems de la funda es solden tancats.

Els escalfadors de cartutxos estàndard solen tenir segells extrems orgànics que desgasten. Escalfadors de cartutxos amb tancaments soldats Per al servei d'aspiradora, només es poden utilitzar variants amb taps extrems totalment soldats i farcit de MgO.

Elements resistents encapsulats - Per a platines primes, els escalfadors de làmines gravades es poden encapsular hermèticament entre dues plaques metàl·liques mitjançant soldadura làser al voltant de la perifèria.

El cablejat intern que connecti els elements de calefacció amb els conductes d'alimentació s'ha d'aïllar amb materials de baixa desgasificació. Tot el recorregut és preferentment cable aïllat mineral. Si es requereix cable flexible, l'aïllament de PTFE o Kapton (poliimida) és adequat, però s'ha de coure al buit a fons. Sense cable de PVC o niló estàndard.

Passants elèctrics i termoparell (hermètics)
Qualsevol línia elèctrica o de sensor que surti de l'atmosfera fora de la cambra de buit i cap a la platina ha de travessar la barrera de buit. Això es realitza mitjançant alimentacions de ceràmica-a-metall. La planxa de premsa calenta estàndard en una premsa al buit té les següents característiques:

Passants d'alimentació - Dos o més conductors (segons l'escalfament monofàsic- o trifàsic, segons correspongui) soldats a una brida metàl·lica o directament al cos del plat L'aïllant de ceràmica és normalment un 95% o un 99% d'alúmina i està tancat al metall hermèticament.

Passants de termopar - Les extensions de termoparell de fil fi (tipus K o J) passen per un racó estanc al buit, normalment amb un petit segell de ceràmica-a-metall.

Aquests pas s'han de classificar per a la temperatura de treball de la platina (generalment 300-500C per a una aplicació de premsa calenta al buit) i la pressió diferencial (1 atm a l'exterior, buit a l'interior). Es posen a prova de fuites amb un espectròmetre de masses d'heli a una velocitat de fuites inferior a 10⁻⁹ mbar·L/s.

Qualsevol cavitat del plat-, com ara un forat cec per a un termopar o una butxaca roscada per a un subjecte, pot ser una "fuga virtual". Important: el gas atrapat en aquestes cavitats es filtrarà gradualment al buit, augmentant els temps de bombament i deteriorant la pressió de base. L'arquitectura ha de permetre els passos de ventilació a aquestes cavitats per connectar-les a l'entorn exterior o s'han de suprimir del tot. Per exemple, un pou de termoparell sol ser ventilat per un petit forat (0,5-1,0 mm de diàmetre) perforat a la superfície de la platina, permetent l'evacuació de l'aire atrapat.

Uniformitat tèrmica en condicions de buit
En absència de flux d'aire convectiu per ajudar a la distribució de la calor, la placa només ha de dependre de la conducció i la radiació interna per obtenir una temperatura superficial uniforme. Característiques clau del disseny per a la uniformitat:

Disposició optimitzada de l'escalfador - Els elements de calefacció es col·loquen en funció de l'anàlisi d'elements finits (FEA) de manera que la variació de la temperatura de la superfície de treball estigui entre ±2 i 5 graus. Sovint hi ha diversos escalfadors i termoparells controlats de manera independent per al control de zones.

Cos de platina gruixuda amb alta conductivitat - Una platina més gruixuda (p. ex., 25-40 mm) millorarà la distribució lateral de la calor. Però hi ha un compromís entre el gruix i el pes i la resposta tèrmica.

Planitud i poliment de la superfície - La superfície de contacte superior està esmolada fins a 0,025-0,05 mm (0,001-0,002 polzades) sobre l'àrea de la platina. Un bon acabat superficial (Ra < 0,8 μm) proporciona un contacte tèrmic efectiu amb la peça de treball i disminueix la superfície de desgasificació.

Aïllament darrere de la platina El costat no-de treball de la platina s'aïlla habitualment amb plaques de fibra ceràmica de baixa-desgasificació (p. ex., fibra de sílice o d'alúmina) per dirigir la calor cap endavant. Aquestes taules s'han de coure per eliminar els aglutinants i les substàncies volàtils.

En realitat, els plats sovint es couen al buit abans d'usar-los, sovint a 150-300 graus al buit durant moltes hores, per eliminar la humitat absorbida i les impureses residuals. Després de la cocció, la platina ha arribat al seu estat estable de baixa desgasificació.

Llista de verificació del disseny de la placa de calefacció de premsa calenta al buit
La llista de verificació completa del disseny de la placa de calefacció de premsa calenta al buit és la següent:

Mètode de verificació de característiques crítiques de categoria
Body material 316L stainless steel (or Inconel for >500 graus) Certificat de material Tractament superficial (electropolit)
Cable aïllat mineral-hermèticament segellat (MI) Element de calefacció Sense segells extrems orgànics, funda soldada
Aïllament intern MgO compactat (sec, desgasificat al buit) Dades de desgasificació del fabricant per aspiradora
Passants de ceràmica-a-metall, velocitat de fuites<10-9 mbar·L/sHelium leak test