СПЕЦИАЛЬНАЯ АТМОСФЕРА И СВЕРХВЫСОКИЙ ВАКУУМ

• Полностью контролируемая атмосфера инертного газа в камере вакуумной печи
• Химически активные газы (H₂, CO, CO₂, H₂S, H₂O, CH₄ & C₂H₄ и др. по запросу)
• Вакуумные насосы
• Парциальное давление
• Камера дожига (термическая, каталитическая или с активным пламенем пропана)
• Специальная атмосфера в металлической реторте в стандартных камерных печах
• Карбидокремниевые плитки для защиты в стандартных камерных печах

1. Полностью контролируемая атмосфера инертного газа в камере вакуумной печи

Стандартные вакуумные печи GLO, LHT, HTK, HBO, HTBL и V-L оборудуются системой контроля инертного газа по умолчанию. Возможно подключение дополнительных газов.

В зависимости от размера и максимальной температуры доступны полуавтоматическое управление расходом газа или автоматическое управление через PLC.

Для всех вакуумные печей доступны различные вакуумные насосы, такие как роторно-лопастной, Рутса, масляный диффузионный и турбомолекулярный насос. В некоторых случаях вакуумный насос обязателен для обеспечения безопасной работы печи.

2. Химически активные газы (H₂, CO, CO₂, H₂S, H₂O, CH₄ & C₂H₄ и др. по запросу)

Все вакуумные камеры печи могут быть модифицированны для безопасной работы с газами H₂, CO, CO₂, H₂S, H₂O, CH₄ or C₂H₄. 

Для использования химически активных газов печь должна быть полностью автоматизирована и включать в себя следующие элементы:

• Контроль SIEMENS S7-300 с панелью TP1900 или WinCC
• Система подачи инертного газа (азот или аргон) с регулятором массового расхода
• Система подачи химически активного газа с регулятором массового расхода
• Датчик концентрации химически активного газа
• Камера дожига
• Баллон с газом для продувки камеры
• Детали, связанные с безопасностью, должны соответствовать стандарту SIL 2

По соображениям безопасности система подачи газов в печь спроектирована в соответствии со стандартом EN 746-3. Этот стандарт оговаривает, что кислород из печи должен быть удален до начала нагрева и подачи газов. В дополнение к этому производится мониторинг всех датчиков. В случае опасной ситуации должны быть предприняты меры, например, продувка печи инертным газом, хранящимся в защитном баллоне.

3. Вакуумные насосы 

Четыре различных технологии вакуумных насосов, описанных ниже, позволяют достичь различных уровней вакуума. Их предельный уровень вакуума может быть определен методом испытания стандартом PNEUROP, где фланец соединения заглушен и давление измеряется на закрытом фланце насоса. После подключения этих насосов к печной системе на предельный уровень вакуума и время, за которое он может быть достигнут, будет влиять ряд факторов: материалы, чистота камеры, скорость десорбции внутренних поверхностей, газовыделение из образца или других предметов в камере печи и скорость утечки.

Скорость натекания печи определяется и измеряется Carbolite Gero. Все уплотнения тщательно подобраны таким образом, чтобы обеспечить минимально возможную скорость натекания. Все вакуумные устройства очищаются перед сборкой. Не может быть проконтролировано только газовыделение из образца клиента, чистота в лаборатории или влажность окружающего воздуха. Однако Carbolite Gero проектирует свои вакуумные системы таким образом, чтобы для чистых, холодных, сухих и пустых условий внутри печи указанный рабочий вакуум достигается за определенное клиентом время. Дополнительно, печь с высоким вакуумом необходимо всегда продувать инертным газом. Время открытой печи должно быть сведено к минимуму для уменьшения влияния загрязнения окружающего воздуха.

Турбомолекулярный насос состоит из статоров между несколькими высокоскоростными роторами. Скорость вращения составляет более 90 000 оборотов в минуту и становится сопоставимой со скоростью движения частиц, позволяя газу проходить через насос. В сочетании с форвакуумным насосом становится возможным достичь высокого вакуума и даже выше. Турбомолекулярные насосы являются наиболее удобными и часто используемыми насосами для работы в условиях высокого и сверхвысокого вакуума. Очень высокая чистота атмосферы камеры печи достигается так как насос легко удаляет тяжелые, медленные частицы, такие как углеводороды, и поддерживает высокую скорость необходимую для удаления легких, быстроподвижных частиц.

Масляные диффузионные насосы не содержат движущихся частей. Принцип действия основан на быстром, нисходящем движении паров масла, увлекающих молекулы воздуха в форвакуумный насос. В нижней части насоса масло нагревается и испаряется для получения паров масла, необходимых для этого процесса. Пар масла перемещает вверх и направлен вниз снова через клапаны разбрызгивателей. Высокий вакуум можно достигнуть с очень высокой скоростью откачки; однако, несмотря на это, некоторые молекулы масла все-таки попадают в камеру печи.

Насос Рутса предназначен для термообработки в среде среднего вакуума. Во всасывающей камере насоса не используется смазка. Принцип работы основан на вращении двух роторов, плотно подогнанных друг к другу. Роторы изготовлены с высокой точностью, так что между самими роторами, а также между роторами и стенками всасывающей камеры почти не остается свободного пространства. Данный насос используется в сочетании с форвакуумным насосом.

Роторно-лопастной насос используется в качестве форвакуумного насоса. Это наиболее распространенный тип насоса. Он может быть как одноступенчатым, так и двухступенчатым и может работать против атмосферного давления. Скорость вращения насоса составляет около 1500 об/мин. Во всасывающей камере насоса используется смазка. Цилиндрический ротор с лопастями, вращаясь, вытесняет газ наружу, позволяя создать низкий вакуум в рабочей камере печи или достичь границы среднего вакуума.

По запросу также могут предоставляться специальные насосы, например для работы с реактивными газами. В этом случае могут применяться насосные установки без использования смазки или с использованием специальной смазки. Также для специальных областей применения компания предлагает диафрагменные, криогенные, геттерно-ионные насосы и т. д.

4. Парциальное давление 

Парциальное давление подразумевает определенный поток газа при определенном уровне вакуума внутри печи. Для контроля парциального давления используется Siemens PLC с массовым регулятором потока и регулируемым клапаном выхода газа.

Входящие подача и давление газа могут быть отрегулированы оператором через PLC. Массовый регулятор расхода контролирует подачу газа. Пневматический клапан перед роторно-лопастным насосом открывается и закрывается, поддерживая необходимое давление вакуума внутри печи. Давление можно установить между 10 и 1000 мбар. Возможно использование других насосов для обеспечения более низкого парциального давления. Обычно для регулирования парциального давления газа используются одноступенчатые или двухступенчатые роторные лопастные насосы.

Схематический чертеж устройства парциального давления в автоматической печи. Программное обеспечение регулирует угол открытия пневматического управляемого шарового крана таким образом, что давление, измеренное вакуумметром, поддерживается во время процесса термообработки. Давление вакуума, так же как и подача газа, могут быть отрегулированы индивидуально оператором через PLC.

5. Камера дожига (термическая, каталитическая или с активным пламенем пропана)

Несколько решений дожигателя доступны для большинства печей. Для вакуумных камерных печей наиболее безопасной обработкой отходящих газов является активная дожигательная камера с метановым или пропановым пламенем. Во избежание конденсации горючих или пиролизных газов рекомендуется использовать патрубок для отвода нагретого газа между печью и дожигателем. С этой принципиальной схемой необходимо минимальное обслуживание системы отвода газов.

6. Специальная атмосфера в металлической реторте в стандартных камерных печах

Для не газонепроницаемых печей использование модифицированной атмосферы затруднительно. За счет продувки камеры инертными газами невозможно достичь низкого содержания кислорода. В ряду стандартных термошкафов HTMA (до 700°C)  уровень кислорода можно снизить до 50 ppm, так как данное оборудование отличается наличием плотно закрываемой камеры с герметичными сварными швами, двух игольчатых клапанов с расходомерами и невозвратных клапанов.

Для стандартных камерных печей CWF и GPC при атмосферном давлении и при температуре до 1150°C возможно использование газонепроницаемой металлической реторты, используемой со съемной передней дверцей с теплоизоляцией. Вход и выход для газов располагаются спереди реторты. Возможно достижение уровня кислорода в реторте до 30 ppm. Необходимо заказывать печь и реторту вместе, так как печь модифицируется для возможности работы как с ретортой, так и без нее.

Также имеется металлическая реторта со съемной крышкой, установленной в песчаное уплотнение в верхней части базы. Впускное и выпускное газовые соединения находятся в передней части печи и используют прорези в дверце.

7. Карбидокремниевые плитки для защиты в стандартных камерных печах

Карбидокремниевые плитки используются в печах для защиты нагревательных элементов от газов, выделяемых при нагреве образов.