在真空爐中,石墨支架頭 (用于支撐工件或加熱元件的要害部件)的溫度操控至關(guān)重要,直接影響工藝穩(wěn)定性、工件質(zhì)量及石墨壽數(shù)。以下是溫度操控的要害注意事項:
一、溫度操控的核心應(yīng)戰(zhàn)
石墨的導熱性與熱膨脹
石墨導熱性好(約100150W/m·K),但高溫下熱膨脹明顯,需防止部分過熱或溫差過大導致的應(yīng)力開裂。
高溫氧化危險
在非徹底真空或含微量氧氣的環(huán)境中,石墨在>500℃時易氧化(C+O2 → CO/CO2),導致支架頭強度下降。
工件熱傳遞需求
支架頭溫度需與工件工藝溫度匹配,防止因溫差導致工件變形或加熱不均(如半導體晶圓、碳纖維制品)。
二、溫度操控的要害辦法
1. 溫度均勻性規(guī)劃
熱場優(yōu)化 :
經(jīng)過加熱元件(如石墨發(fā)熱體、感應(yīng)線圈)的對稱排布,削減支架頭各部位溫差(目標溫差≤±10℃)。
在支架頭附近增設(shè)熱反射屏 (如鉬片、石墨氈),削減輻射熱丟失。
多區(qū)控溫 :
對大型支架頭分區(qū)域獨立控溫(如PID操控多個熱電偶),補償邊際散熱效應(yīng)。
2.溫度監(jiān)測與反饋
熱電偶選型與安置 :
選用鎢錸熱電偶(W-Re)或 C型熱電偶 (最高可達2300℃),直觸摸摸支架頭要害部位(如支撐點、銜接處)。
防止熱電偶與石墨直接反響(可加裝Al2O2維護套管)。
紅外測溫輔助 :
對無法觸摸的部位(如旋轉(zhuǎn)支架頭),選用非觸摸式紅外測溫儀(需校準發(fā)射率)。
3.升降溫速率操控
安全升溫速率 :
一般≤5℃/min,防止熱沖擊導致石墨微裂紋(急升溫或許引發(fā)“熱震斷裂”)。
程序降溫 :
高溫(>1000℃)階段緩冷(3~5℃/min),低溫階段可適當加速,防止工件與支架頭收縮不均。
4.抗氧化與維護
真空度堅持 :
確保爐內(nèi)真空度(或通入惰性氣體如Ar、N2),防止石墨氧化。
外表涂層 :
支架頭外表涂覆SiC 、ZrB2或熱解碳涂層 ,進步抗氧化能力(適用于非全真空環(huán)境)。
5.機械結(jié)構(gòu)適配
熱膨脹補償規(guī)劃 :
支架頭與爐體選用浮動銜接 (如石墨繃簧或波紋結(jié)構(gòu)),答應(yīng)高溫膨脹自在位移。
防止應(yīng)力會集 :
支架頭觸摸工件的部位選用圓角規(guī)劃,削減部分熱應(yīng)力。
三、常見問題與解決方案
問題
或許原因
解決方案
支架頭開裂
熱應(yīng)力過大或升降溫過快
優(yōu)化控溫曲線,添加熱膨脹補償結(jié)構(gòu)
工件溫度不均
支架頭導熱不均或熱場規(guī)劃缺陷
分區(qū)域控溫,改善加熱元件布局
石墨氧化剝落
真空走漏或維護氣體不足
檢查密封性,添加抗氧化涂層
熱電偶讀數(shù)漂移
石墨與熱電偶資料反響
改用Al2O2維護套管或紅外測溫輔助
四、使用案例
碳纖維熱處理爐 :
支架頭需堅持1300~2000℃均勻溫度,選用多區(qū)PID控溫+SiC涂層,防止纖維觸摸污染。
單晶硅生長爐 :
石墨支架頭支撐坩堝,控溫精度要求±5℃,需實時紅外監(jiān)測+高純Ar維護。
五、總結(jié)
石墨支架頭的溫度操控需重點重視:
均勻性 (熱場規(guī)劃+多區(qū)控溫)
穩(wěn)定性 (升降溫速率+抗氧化辦法)
監(jiān)測精度 (熱電偶/紅外反饋)
機械適配 (熱膨脹補償+結(jié)構(gòu)優(yōu)化)
經(jīng)過合理規(guī)劃、資料挑選和實時監(jiān)控,可顯著提高石墨支架頭的可靠性和工藝重復(fù)性。
