完美真空烧结分步讲解#2

完美真空烧结分步讲解#2

这是我们有关真空烧结的文章的第二部分。在本文的第一部分,我们讨论了两个处理步骤:脱脂和烧结。现在我们将进行进一步探讨,以根据您的需要选择配件、夹具和材料。然后,我们将研究真空烧结炉,包括热区的选择(材料和设计)、气流分布和装卸箱。

真空烧结炉应当采用的隔热

有多种不同类型的热处理室可以用于烧结炉中,就隔热类型和整体几何形状而言,每种类型各有特点。

就隔热而言,最常见的两种类型是石墨晶片和根据不同温度采用钼或钨材质的反射金属罩。

真空烧结炉的隔热而言,至少要考虑两个方面:

  1. 大多数常用材料,包括不锈钢AISI 304 l和AISI 316 l:含铬奥氏体不锈钢;AISI 434:铁素体不锈钢;AISI 630;硼不锈钢;300和400级双相不锈钢,可以在石墨热区内烧结。金属材质的热处理室主要用于某些生物医学应用陶瓷材料
  2. 金属热区最初为真空处理而设计,而如我们所指出的,用于烧结时,采用分压和不可忽略的压力值。这意味着分散能的增加,而根据气体的种类和压力水平,这也可能比真空条件下的分散能高一倍。这种增加可以通过运用针对这类应用的特定解决方案来缓解,比如添加一个陶瓷层来抑制对流效应。

真空烧结炉热区设计

就燃烧室的几何形状而言,由于零件一般很小,不要求有特定的形状,所以一般采用方形截面的水平加载热区,因为这相比有效容积成本更为低廉,并且能够确保气流的稳定性条件以保证最终产品的同质性。

主要的例外情形是极高温烧结炉(约2000°C以上),由于缺乏适合该应用的陶瓷材料而造成支持和隔绝电阻器的技术困难,并且限制了可以使用的几何形状。在这种情况下,仅由回路支持的悬挂式圆柱形电阻器则是以简单、稳健的解决方案。

真空烧结炉内的气流分布

对于较为常见的热处理炉而言,在加热过程中引入气体流完全是为了限制真空水平,因此不需要特殊的分布;真空烧结与之不同(同样适用于脱脂),恰当的气流分布可能对获得的产品质量发挥着至关重要的作用。这是因为对烧结和脱脂而言,引入的气体有两种其他功能:

  1. 以粘结剂热分离残渣为目标的机械运输活动,目的是使这些残留物与炉内装载物分离,并将其输送到泵设备和冷凝器。
  2. 如果工艺气体不完全由惰性气体组成,则可能发挥还原作用。

回顾通常使用的技术解决方案,我们可以看到三个主要类别:

  1. 箱式炉气流分布。在这种情况下,装载物不是直接放置到热处理室,而是放在一个封闭箱中再放入处理室内。同时不是完全防水,从而形成内部气氛构成与外部气氛构成存在一定程度的差异。该密封箱设计有与泵装置的单独直接连接,它可能与工艺气体供应直接相连或不相连,对于在同一熔炉中进行脱脂和烧结来说必不可少,因为它确保粘结剂的分离产物直接输送到冷凝器,不会沉积到用于作业区域的熔炉内部温度较低的部件上。假如不是这种情形,烧结阶段的温度进一步升高可能导致这些物质进一步蒸发,从而污染工艺气氛,并对结果产生不利影响。因此,在脱脂阶段通常将气体引入密封箱外的真空室,并从箱内抽出,以防止粘结剂的排放。气体进入料箱内只可能通过箱壁本身连接处出现的气流而发生,因此没有特定的方向,也可出于上述原因在抽吸位置对面的箱壁上钻孔以便利地进行引导,从而在所有层架上形成均匀的气流。除了这种排放方式外,还可以有一种气体直接进入料箱内的情形,对此可以采用类似上述的方式进行分布,主要用于实际烧结阶段,目的是保证流经烧结件的气体尽可能纯净,且不会造成在过程中混入污染物质的风险。
  2. 非箱式气流分布。如果烧结阶段是在一个特定的炉内完成,则不需要密封箱,因为整个过程可以在最优化的清洁条件下进行。气体的分布仅在于保证为所有零件提供统一的可重复的工艺条件,并且可以通过集成在相同热处理室内的一系列分布点来完成。这提供了许多优点,例如对比热处理室时有效容积的增加、因为电阻器对装载物的直接辐射而提高加热速度,以及通过消除密封箱盒造成的气体循环障碍而提高冷却速度,即使在必要时打开密封箱的情况下也是如此。真空炉的设计也因此得到简化,且同一真空炉可用于其他真空处理,比如淬火回火。如果烧结件需要回火,这一点可能尤为实用。
  3. 无气流分布。在某些情况下,不需要任何特定的气流分布即可获得令人满意的结果。如果要完成的工艺就属于这种情况,而且您已经有一个普通的热处理炉,或者可以合理价位再购买一个,那么您通过简单的控制系统升级即可以实现所需目标。

在结束之前,我想再谈一谈将密封箱固定在炉内和每次向炉中装载时箱体可与装载物同时移出这两种方案的对比。

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真空烧结炉装载:固定箱体或移动式箱体

假定在前述的节点您确定对您的应用而言最佳解决方案是采用一个将装载物放置于其中的箱体,那么就会出现这样的问题:是选择将箱体固定在炉内(在这种情况下,将装载装有零件的单个托盘),还是在每次装载炉子时让箱体都能随装载物而移动。

对于这个问题,同样也没有最佳的预设解决方案,而是要根据其他因素而定。但好消息是,关于这一问题,选择的标准非常简明。

一般来说,如果您的气流模式有限(比如:箱内到箱外只有一种模式)而且您设想在静态气体中冷却,或者在任何情况下均无需打开箱体,则可以采用合适的推车让箱体随每一批装载物移动,以简化和加快装卸操作。如果是其他情况,料箱的交接操作包括在冷却阶段执行的吹扫或打开等更多交接操作,会增加将料箱放入真空炉或从中卸下的困难。在这种情况下,最好是把箱体固定,而移动层架。

另有一种可能性是,将外壳固定,而内部头架可以随料架装卸。这样即可以兼得这两种解决方案的优点。但是,因为在热处理室中浪费的空间(指未用于装载待烧结零件的空间)过大,这种解决方案并不常用。

到目前为止,您已经看到了本文主要探讨脱脂和烧结的第一部分以及这里的第二部分,希望这能够给您提供有关真空烧结的一些实用信息。谨提醒您这是有关真空烧结的完整文章的第二部分,后续仍有其他内容。

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