Мармер, Мурованная, Васильев – Электропечи для термовакуумных процессов (1991) (1074336), страница 13
Текст из файла (страница 13)
2.1, в подавляющем количестве случаев для получения поверхности, при нагреве которой термодинамически не могут образоваться химические соединения рассьптрнваемых металлов с кислородом, углеродом и азотом, необходимо прнменщь сверхвысоковакуумные электропечи.
Из табл. 2.1 следует, что при высоквх температурах равновесныпарциютьные давления сравнительно велики и могут быть достигтп ты в электрических печах. Однако при охламоюнни садки термодинамь ческая вероятность образования химических соединений резко повышается. Поэтому для сохранения качества нагретой в вакууме по. верхности, как было показано ранее в 5 1.6 и 1,7„следует добиваться ускоренного охлаждения. Для тех случаев, когда имеется терьялщнамическая вероятность образования хнмических соединений, следует рассматривать кинеп ку их возникновения.
Задаваясь допустимой поверхностной концентрцией продуктов взаимодействия, можно оценить требуемое парцнальное давление активного газа и максимально допустимое время по методике, приведенной в $1.6. учитывая различные требованяя к качеству наделяй после нагрева в вакууме, представляется целесообразным провести разделение злектропечей по давленщо на ннзковакуумные (выще 100 Па), средне- вакуумные (100 — 10 ~ Па), высоковакуумные (10 ~ — 10 г Па) н сверхвысоковакуумные (ниже 10"~ Па).
Для каждого иэ этих интервалов давлений используются специфические сочетания насосов. К основным элементам, определяющим работоспособность вакуумной печи, относятся нагреватели и теплоизоляцня. 22. Нагреватели печей сопротивления В низкотемпературных печах в качестве нагревательных элементов.
как правило, используются сплавы сопротивления на основе желек хрома и никеля с добавлением титана, алюминия н других элементов. в среднетемпературных печах используются молибден и графит, а также могут применяться ниобий и его сплавы. В высокотемпературных печах в зависимости от назначения применяют графит, вольфрам, так тал и их сплавы, а также тугоплавкие карбиды.
Следует учитывать особенность поведения нагревателей в вакуум. ных печах. Если нагреватель свободно излучает тепловую энергию а высоком вакууме на водоохлаждаемую поверхность, то весь испариа шийся металл конденсируется на этой поверхносги. В этом случь. упругость пара и скорость испарения связаны между собой уравнением Лэнгмюра н скорость испарения при отсутствии взаимодействия ме. таяла с окружающей разреженной средой не зависит от давления. Если предположить, что нагреватель и окружающая его поверхность внутреннего экрана имеют равную температуру и пары металла не мо- "Гевободно удаляться из объема, то в нем при отсутствии хнмнческоей3ааимодействня создается динамическое равновесие между испаряю.
ся и конденсирующньшся атомами металла и, следовательно, '"" 'унос нагревателя не должен наблюдаться. "11йг условиях реальных печей нагреватели окружены нагретыми до ых температур поверхностями, массоперенос с которых соотует их температуре. «ф'этому скорость массопереноса нагрева~елей в реальных печах мо",; быть несколько меньше скорости испарения для условий, когда шнйся металл не возвращается на нагреватель. Чйеследоваиия показали, что скорость массоуноса при этих услоснижается в 2 — 3 раза 167, 681 :",.1Э::Здектропечах с близкими по обьему размерами рабочего простран" " 'но различным типом теплоизоляции — керамической или экран- ':: температура рабочего пространства при одной и той же температу~ийгревателей различна н, наоборот, при одной и той же температуре го пространства температура на нагренателях должна быть вы"',:л', печах с экранной теплоизоляцией по сравнению с печами с керамий теплоиэоляцией.
В связи с этим срок службы нагревателей в пе"'.:с экранной теплоизоляцией обычно ниже, чем в печах с керамичетеплоизоляцией. :,:!;:.~фмеющее место испарение значительных количеств металла и его нне на более холодных поверхностях, в том числе и на электрощих деталях, требует, чтобы эти детали имели такое конструкйй исполнение„которое исключало бы возможность коротких ' аний между токоведущими элементами печи 1691. Иногда ири", са полностью отказываться от злектроизогяцнонных материал горячей зоне пе ш. ;,.';:Прочностные свойства сплавов сопротивления в вакууме и при атмоом давлении различны. Так, время до разрушения образца спла- ,."!ЮОНЗО при 1040 'С и растягивающем напряжении 10,2 МПа при чном давлении 10"т Па составляет 35 — 40 ч, а на воздухе -- 1000 ч.
'" огичное влияние разреженной среды проявляется на скоростях "'" учести прн 1000 'С и выше. Прн более низких температурах ско' "ь ползучестя в вакууме приближается к скорости ползучести на е 1701. При конструировании вакуумных печей следует учнты' ':возможность образования легкоплавких сплавов, в первую очередь нк, прн взаимодействии сплавов сопротивления с нагреваемы.
и вакууме материалами. ',:,::При этом взаимодействие происходит не только при непосредствен,," контакте металла„но и при конденсации испаряющегося вещества. .':::Поскольку в электрических печах могут нагреваться самые различ,,;:,': материалы, для ориентировки в табл. 2.2 приведены температуры ения наиболее легкоплавких сплавов, образующихся при взаимо„ствни железа и никеля с различными элементами, а в табл.
2.3 — то ,но лри взаимодействии с некоторыми соединениями 131. Таблица 2.2. Темвееезурм влзалвмп, С, наиболее лепсоилзикаа силапов вакелл а мелева с рзлачимми вмзвитами Оакеа спааза Ве Ч В С Я Р 8 И57 908 И10 1315 И50 880 649 И65 1468 И49 И 50 1200 1048 988 Никель Железо 1453 И 75 1315 1500 И 30 508 1330 1350 1420 1529 И 30 Никель 955 Железо 1085 7абешм 2.3. Темперзур швалсааа, С, наиболее легковпаакоа звзеатшш изливов вз оаюае вплела в железа с Различными соеяишмиама Ослона сплава 'ПВз ЯВз Сзвз МоВз Т1Яз ТеЯз 1300 1200 1400 1200 1000 1000 1000 1000 1300 Выпи 1400 ИОО ИОО Оааша сппша МоЯз ВеС ЯС Никель 1100 1000 1200 1300 ИОО Железо 1400 1200 1200 1400 Оаюва мш а НЬС Тас СсзС, Мо,с ЪС 1300 1300 1400 1400 Выше 1400 1400 1400 1400 1300 Выше 1400 Основа сплава Л1Х ВН Яане ТПЧ Ухи Нв кель 1400 1400 1400 1400 1300 Железо Выше 1400 1400 1400 Выше 1400 Выше 1400 Дпя обеспечения надежности работы печей при нагреве указшщых а табл.
2.2 и 2.3 материалов температуры при их обработке должны быть ниже, чем температуры образования наиболее легкоплавких сплавов. В случае невозможности соблюдения зтого условия необходимо применять зкраны, надежно зшцнщающие нагреватели печи от паров нагрсваемого материала. Продукты испарения и окисления нагревателя, а также его газовыделенне могут оказывать существещюе влияние на технологический процесс в целом. Поэтому выбор материала нагревателя определяется не только температурой, но и требованиями по парциальным давлс- 70 "'' активных газов в остаточной среде н по совместимости материала '.:" нателл с тешюиэоляцней и нагреваемым металлом. службы нагревателей зависит от большого числа факторов, нэ которьпс можно подразделить на две группы.
К первой ся рабочая температура. прочностные характеристики матерна- :;;:Конструктивное исполнение. Влияние этих факторов на срок служ- ';:1яагревателей определяется известными тепловыми и механически- ' счетами. второй группе следует отнести: скорость массоуноса прн рабо- ":::-«емпературах нагревателей, определяемую как испарением, так и ким взаимодействием с остаточнымн газами и материалами ательной камерьь Кроме того, на работосиособностя нагрева- может сказаться неправильный выбор напряженна, в результао может возникнуть электрический разряд между токоведушн'" к службы нагревателя определяется временем г, ч, эа которое ','ййсюине уменыпается на 2096. и нагревателя круглого сечения диаметром с(, м, плотностью 7, «„и скоростью массоуноса д (кг/мз . с) ,':м (.46 ° 1О й — — - = йвй ~7 (2.1) 0 0 нагревателя плоского сечения толщиной 8, м.
2,78 ° 10 т йк — = й,'й„—, -5 (2.2) 0 0 :-~~ф~ и й ' — коэффициенты, характеризующие материал (табл. 2.4), ' + коэффициент конструктивных особенностей нагревателя. т конструктивных особенностей нагревателей приннравным единице дяя условий свободного излучения, например „;,;~~сремещении садки в камеру охлаждения. Для камер с различным '.,'4айтюмгзй 3 а ы фф и а «ява,',ю Раза еР . 1риач а а„' ~~ мотора с «„а„' сояротиэлсния: ,,О, 0,123 0„213 А, ОХ23ИБА 0,107 0,197 сортов ГМЗ 0,0231 0,0467 , - ('у= 1,6х кг/ма) ! Тзтопавакае мемллы: молибден 0,149 вольфрам 0,282 наобяа 0,125 ТЗНТЭЛ 0,242 0,204 0,536 0.239 0,461 'качеством экранной теплоизоляции й„= 2 + 3, а для керамической теплонзоляпии он может быть принят равным 3.
Скорость мэссоуноса будет зависеть ог температуры и давлеплэ остаточных окисляилцнх газов. На примере молибдена и вольфраьи в табл. 2.5, 2.6 предстыалены скорости массоуноса Гбб) . Для использованна в вакууме нагревателей нз тугоплавкнх и, галлов в контакте с керамической футеров«он можн~ рекомендовать температуры, при которых срок службы превышаег 1000 ч (табл. 2,7), При больших сечениях нагревателей н относительно небольшой тел. лопроводностн материала в нагревателях могут возникнуть значптел,. ные механические напряжения, определяемые перепадом температур ,между поверхностью н середяной нагревателя, Особенно это относнтса к нагревателям нз графита, карбидов и других материалов ~31 .
В табл. 2.3 приведены результаты расчета максимально допустнмьж нагрузок графитовых нагревателей с различным временным сопротиалением растяжению. Серьезным вопросом, который приходится решать прн создания вакуумных печей сопротивления, является правильный выбор электрического напряжения на нагревателях. Завышение напряжения может привести к возннкиовеняю электрического разряда и выходу нагрева- тела нз строя, занижение —.
к усложнению конструкции и повышению электрических потерь за счет больших токов. Электрический разряд в газе обусловлен столкновением заряженных частиц и вгабужденных атомов с молекулами газа, вследствие чего а разрядном промежутке образуются электроны и ноны. Эффективность этого процесса зависит как от количества образовавшихся заряженных часпщ, так и от их энергии. Для постоянного разрядного промежутка при уменьшении данления снижается количество молекул н заряжелных часпщ, но одновременно возрастает длина их свободного, пути, в связи с чем приложенное электрическое попе повышает энергию заряженных частиц. Пробивные напряжения будут снижаться с уьюньшением давления до тех пор, пока в разрядном промежутке будет пах~.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
