Hvernig á að tilgreina hitaplötu til notkunar í tómarúmsklefa?

Í tómarúmshólfinu fjarlægir fjarvera lofts varmaflutning. Hiti er aðeins fluttur með leiðni (snertingu við vinnustykki) og geislun. Upphitunarplötur fyrir tómarúmþjónustu verða að vera byggðar fyrir þetta óvenjulega hitaflutningskerfi og verða ekki sjálfir uppspretta mengunar. Hönnun hitaplötu fyrir lofttæmisnotkun er ekki léttvæg, þar sem hún þarf að taka tillit til hitauppstreymis, losunar á efnum, rafstraums og öryggis háspennu. Plata sem virkar vel í lofti getur ofhitnað, losnað við gas eða bognað þegar hún er sett í lofttæmi.

Hitastjórnun í lofttæmiskerfum
Án leiðslukælingar getur hitaplata náð mun hærra hitastigi en í lofti fyrir sama aflgjafa. Hitahlutar sem grafnir eru í plötuna verða að vera vel-tengdir við plötumassann til að forðast staðbundna ofhitnun. Eftirfarandi hitauppstreymi eru mikilvæg fyrir lofttæmisnotkun.

Vélar hitaflutnings
Leiðni - Helsta aðferðin til að flytja varma yfir á vinnustykki sem er í snertingu við plötuna. Góð hitasnerting (slétt yfirborð, valfrjálst hitauppstreymi efni) er krafist.

Geislun - Mikilvægt yfir plötuhitastig 150 gráður. Geislunarvarmaflutningur fylgir reglu Stefan‐Boltzmann (q=εσ(Tp4−Tc4)) . Yfirborðsgeislun (ε) plötunnar hefur áhrif á hitun svæða sem ekki hafa-snertingu við.

Engin loftkæling - Engin loftkæling á bakhlið eða brúnum plötunnar. Hiti sem ekki berst til vinnustykkisins er geymdur í plötunni og hiti hennar hækkar.

Tenging plötu við hitara
Hitari ætti að vera varanlega og nátengdur við plötuna til að lágmarka hitaþol. Brazed eða klemmdur skothylki hitari með háhita leiðandi líma (grafít byggt) eru í stuði. Hitarar sem nota leiðslukælingu á eigin líkama (opnir vírhitarar, til dæmis) eru ekki viðeigandi. Einn helsti hönnunarmunurinn er sá að lækka þarf vatnsþéttleika hitara fyrir lofttæmisþjónustu, venjulega 30-50% af því sem notað er fyrir loft, til að forðast ofhitnun hitaslíðursins.

Hitastigsgreining
Hitaskynjarar (hitaeiningar eða RTD) ættu að vera felldir inn eins nálægt vinnufletinum og mögulegt er, helst innan við 2–5 mm frá yfirborðinu. Í lofttæmi er ekki hægt að fá yfirborðshitastig með aflestri á bakhlið eða lofthlið. Heitir blettir eru algengari án samleiðingarjöfnunar og mælt er með því að hafa nokkra skynjara dreift um plötuna til að bera kennsl á þá.

Eftirlit með losun í lofttæmandi hitaplötum
Útgasun, losun á föstum lofttegundum, raka eða rokgjörnum efnum, er ekki ásættanleg í lofttæmi, sérstaklega háu eða ofur-háu lofttæmi (UHV). Öll efni í hitaplötusamstæðunni skulu hafa lágan gufuþrýsting og lágan útgashraða.

Plata efni
Ryðfrítt stál (304, 316, 316L) - Staðalvalkostur fyrir lofttæmandi hitunarplötur. Lítil útgasun. Hár styrkur. Rafpólun hentug til að lágmarka yfirborðsflatarmál og föst óhreinindi.

Ál - Gott fyrir hóflegt lofttæmi (10-3 til 10-5 Torr) ef það er rétt hreinsað og rafskautað. En ál er með gljúpu oxíðhúð sem fangar raka svo það tekur langan tíma að bakast út.

Kopar - Notað vegna góðrar varmaleiðni, kopar oxast og getur losað sig við ef hann er ekki húðaður eða lofttæmi-kyntur.

Aðrar fjölliður og PTFE
PTFE húðun eða solid PTFE plötur eru ásættanlegar í lofttæmi, þó sérstök meðhöndlun sé nauðsynleg. PTFE hefur hverfandi útgasun eftir fyrstu bakun- vegna þess að það gleypir mjög lítinn raka. Hins vegar er ekki mælt með PTFE fyrir UHV (undir 10-7 Torr) vegna þess að flúorsambönd losna hægt út. Fyrir flestar iðnaðar tómarúmnotkun (10⁻³ til 10⁻⁶ Torr) er rétt meðhöndlað PTFE ásættanlegt. Bakað út fyrir uppsetningu við 150–200 gráður í 24–48 klst. undir lofttæmi útilokar aðsogaðar lofttegundir.

Vír einangrun og lím
Einangrun vírsins verður að vera lofttæmd. Efnin sem hægt er að nota eru:

PTFE (Teflon) - lítil gaslos eftir útbökun Hámark. hitastig 260 gráður.

Pólýímíð (Kapton) - Mjög gott lofttæmissamhæfi, hitastig upp í 400C, lítið útgas.

PVC, pólýetýlen eða nylon. Ekki ásættanlegt, þeir losa sig við mýkiefni og önnur rokgjörn efni.

Lítið-epoxý sem losnar úr gasi (td EpoTek H77, Torr Seal) verður að nota til að festa skynjara eða festa raflögn. Ekki nota sílikon-lím eða RTV þéttiefni þar sem þau losa sig við síoxan.

Þrif og baka út
Hreinsa skal alla hluta með því að nota leysiefni úr lofttæmi (asetón, ísóprópýlalkóhól) og setja saman í hreinu umhverfi. Áður en diskurinn er tekinn í notkun er ráðlagt að baka-fulla samsetningu undir lofttæmi við 100–150 gráður í 24–48 klukkustundir. Þessi tækni útilokar vatn og rokgjarnar leifar sem liggja á yfirborðinu.

Rafmagns hermetísk gegnumstreymi
Rafmagns- og skynjaraþræðir verða að fara í gegnum vegg lofttæmishólfsins án þess að leka. Venjuleg rafmagnstengi með teygjuþéttingum eru ekki nothæf í lofttæmi vegna þess að þau losa sig við -gas og leyfa ör-leka. Hermetic feedthrus er nauðsynlegt.

Hitaplötur - Tegundir gegnumstreymis
Gler-við-málmþéttingu - Glereinangrunarefni er tengt við málmhús og leiðarapinna. Hentar fyrir hitastig allt að 250–400 gráður, allt eftir gerð glers. Algengt fyrir hitaplötur með lágum til meðalstyrk (einfasa allt að 10 A á pinna).

Keramik límt á málmflans (súrál eða beryllia). Keramik til málmþéttingar. Hærra hitastig (500 gráður +) og bætt lofttæmisheilleika (lekahraði < 1×10-10 atm cc/sek). Fyrir mikil afl eða UHV forrit.

Þjöppunarglerþétting - Ódýrari, en hitastig takmarkað við u.þ.b. 150 gráður.

Fjöldi og einkunn straumpinna
Forskrift fyrir hitaplötu fyrir lofttæmihólf skal tilgreina fjölda rafrása:

Afl til hvers hitasvæðis (2 vírar/svæði)

Hitaskynjaravírar (tveir vírar á hverja hitaeiningu eða RTD)

Ein fjölpinna gegnumstreymi getur haft nokkra pinna. Hver pinna verður að vera metinn fyrir straum sem er stærri en hámarks hitarastraumur. Til dæmis notar 500 W hitari við 120 V 4,2 A. 10 A gegnumstreymispinna myndi duga.

Innri raflögn
Mikilvægt: Vírar frá gegnumstreymi að hitunarplötu í lofttæmishólfinu verða að vera lofttæmiseinangraðir (PTFE eða Kapton einangraðir) og lausir við heitt yfirborð. Öruggar tengingar með því að nota keramikskautablokkir eða standoffs. Engin plastkaðlabönd eða límbönd eru leyfð.

Lögmál Paschen (rafmagnsbilun í tómarúmi)
Samkvæmt lögmáli Paschen er niðurbrotsspenna milli tveggja leiðara háð þrýstingi og fjarlægð. Við andrúmsloftsþrýstingsbrot á sér stað við háspennu (kV svið fyrir örsmá bil). Niðurbrotsspennan minnkar verulega við hóflegt lofttæmi (10-1 til 10-3 Torr) - í vissum tilvikum niður í nokkur hundruð volt fyrir 1 mm bil. Við hátt lofttæmi (<10^5 Torr) the breakdown voltage increases again.

Eftirfarandi varúðarráðstafanir eru nauðsynlegar fyrir lofttæmishitaðar plötur:

Haltu nægilegu aðskilnaði frá jarðtengdum flötum til virkra leiðara (td hitaraskammta, gegnumstreymispinna). Mælt er með að lágmarki 5 mm fyrir 240 V AC eða 10 mm fyrir meiri spennu.

Forðastu skarpar brúnir - Skarpar punktar einbeita sér að rafsviðinu og draga úr niðurbrotsspennu. Ákjósanlegir eru ávalar skautar, sléttar leiðaraleiðir.

Ef um er að ræða langar innri línur, notaðu hlífða víra, jarðtengda við hólfsúttakið.

Áður en fullur kraftur er beitt skal prófa einangrunarviðnám undir lofttæmi.

Tómarúmhönnunargátlisti – heitar plötur
Hér að neðan er yfirlit yfir helstu atriði sem þarf að hafa með í forskrift fyrir lofttæmishólfhitunarplötu.

Flokkaþörf Venjuleg lausn
Plataefni 316 ryðfríu stáli, lítið úr gasi, rafslípað, hreinsanlegt
Gerð hitara Nákvæm tenging við plötu; lækkaður fyrir lofttæmiBrazed skothylki hitara (Incoloy jakka)
Wattþéttleiki minnkaður til að forðast ofhitnun Minna en eða jafnt og 5 W/cm2 (á móti 8-10 W/cm2 í lofti)
Hitastigsgreining Innfelld nálægt vinnufleti Tegund K hitaeining eða PT100 RTD
Vír einangrun PTFE (Teflon) eða Kapton Lág útgasun, lofttæmi
Þéttiefni / lím Lítið útgasandi epoxý EpoTek H77, Torr Seal (engin sílikon)
Rafmagnsframleiðsla Hermetísk, leki-þéttGlass-í-málm eða keramik í málm
Staðfestingarstraumur fer yfir hitaraálag Stærra en eða jafnt og 10 A á hvern aflpinna fyrir dæmigerðar 1-2 kW plötur
Háspennuúthreinsun Kemur í veg fyrir bilun í Paschen Stærra en eða jafnt og 5 mm bil (240 V), ávalar skautar
For-service bake-out Fjarlægir aðsogaðar lofttegundir 100-150 gráður undir lofttæmi í 24-48 klst.
Sértilvik: Geislahitaplötur
Í sumum lofttæmisferlum er hitaplatan ekki ætluð til að hafa beint samband við vinnustykkið. Þess í stað geislar platan hita til vinnustykkisins yfir bil. Í þessari uppsetningu verður yfirborðsgeislun plötunnar mikilvæg. Húð með mikilli losun (td svart rafskaut á ál eða Pyromark 2500 á ryðfríu stáli) er sett á til að auka geislunarhitaflutning. Hins vegar verður húðun að vera lofttæmissamhæfð og ekki útgas. Pyromark 2500, keramik-undirstaða húðun, er oft notuð fyrir lofttæmi geislahitara allt að 600 gráður.

Niðurstaða
Tómarúmshitunarplötur krefjast sérhæfðrar hönnunar fyrir hitastjórnun og mengunareftirlit. Skortur á kælingu þýðir að hitarar verða að vera vel tengdir við plötuna og starfræktir með minni wattaþéttleika. Útgasun er stjórnað með því að velja efni með lágum gufuþrýstingi (ryðfríu stáli, PTFE, Kapton) og framkvæma forþjónustu. Loftþéttar rafstraumar (gler-í-málm eða keramik-í-málm) eru nauðsynlegar til að viðhalda heilleika hólfsins. Lög Paschen setja kröfur um úthreinsun til að koma í veg fyrir ljósboga við hóflegt lofttæmi. Forritsumhverfið-tæmistig, hitastig og næmni ferlis- ræður sérhverfum hönnunar. Rétt tilgreind tómarúmhitunarplata veitir áreiðanlegan, mengunarfrían varmaflutning í umhverfi þar sem loftræsting er engin og hvert efnisval skiptir máli.