علم المواد مع فرن الفراغ في المختبر

ما هو فرن الفراغ؟

فرن الفراغ هو نوع متخصص من الأفران مصمم للعمل في بيئة فراغ. هذا يعني أن الفرن مغلق ويتم ضخ الهواء الداخلي للخارج ، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط أو التفريغ بالداخل.

يساعد الفراغ على منع تلوث المواد التي يتم تسخينها ويسمح أيضًا بالتحكم الدقيق في درجة الحرارة.

هناك نوعان رئيسيان من أفران الفراغ: الجدار البارد والجدار الساخن. تحتوي أفران الفراغ بالجدار البارد على متلقي مبرد بالماء يتم الاحتفاظ به باردًا أثناء عملية المعالجة الحرارية.

توجد عناصر التسخين داخل جهاز الاستقبال ، ويتم غلقها وضخها لإنشاء الفراغ. من ناحية أخرى ، تحتوي أفران الفراغ بالجدار الساخن على عناصر تسخين موجودة خارج متلقي الفراغ ، وعادة ما تكون على شكل أنبوب سيراميك أو كوارتز. يتم تسخين المستلم نفسه ويتم إنشاء الفراغ عن طريق ضخ الهواء إلى الداخل.

تستخدم الأفران الفراغية بشكل شائع في مجموعة متنوعة من الصناعات ، بما في ذلك علوم المواد ، والفضاء ، والسيارات ، والإلكترونيات. يتم استخدامها لأداء مجموعة متنوعة من عمليات المعالجة الحرارية ، مثل التلدين والتلبيد والنحاس.

إن التحكم الدقيق في درجة الحرارة ومستويات التلوث المنخفضة التي توفرها أفران التفريغ تجعلها مثالية لهذه الأنواع من العمليات.

ما هي التطبيقات التي تتطلب فرن الفراغ؟

هناك العديد من التطبيقات التي تتطلب استخدام فرن تفريغ. أحد التطبيقات الشائعة هو لحام الفراغ والنحاس ، حيث يساعد الفراغ على منع تلوث المواد الملتصقة ويسمح أيضًا بالتحكم الدقيق في درجة الحرارة. تشمل التطبيقات الأخرى التي قد تتطلب فرن تفريغ الهواء التلدين بالفراغ ، والذي يستخدم لتحسين الخواص الميكانيكية للمواد ؛ والتلبيد ، وهي عملية تستخدم لإنتاج أجسام صلبة من مادة مسحوق عن طريق تسخينها إلى درجة حرارة أقل من نقطة انصهارها.

بالإضافة إلى هذه التطبيقات المحددة ، تُستخدم أفران التفريغ أيضًا لأي نوع من المعالجة الحرارية التي تتطلب جوًا محددًا وغير مؤكسد. يمكن أن يشمل ذلك عمليات مثل التصلب والتلطيف وتخفيف الضغط. يسمح استخدام فرن التفريغ بالتحكم الدقيق في الغلاف الجوي أثناء عملية المعالجة الحرارية ، وهو ما يمكن أن يكون مهمًا لتحقيق النتائج المرجوة.

يمكن أن تكون أفران التفريغ مفيدة أيضًا في المعالجة الحرارية بتركيز أكسجين محدد يختلف عن تكوين الهواء. على سبيل المثال ، يمكن استخدام فرن تفريغ لتسخين مواد المعالجة في جو أكسجين نقي بنسبة 100٪. يمكن أن يكون هذا مفيدًا لتحسين خصائص بعض المواد أو لإنتاج أنواع معينة من المواد.

لماذا تتطلب درجات الحرارة العالية فرن تفريغ؟

هناك عدة أسباب وراء الحاجة إلى فرن تفريغ للمعالجة الحرارية بدرجة حرارة عالية. أحد الأسباب هو أن الحد الأقصى لدرجة الحرارة التي يمكن تحقيقها باستخدام عناصر التسخين العادية من نوع المقاومة في بيئة الهواء / المؤكسدة تقتصر عادةً على حوالي 1800 درجة مئوية. لتحقيق درجات حرارة أعلى ، يجب استخدام فرن تفريغ الهواء وتطبيق جو غير مؤكسد.

سبب آخر وراء الحاجة إلى فرن تفريغ للمعالجة الحرارية بدرجة حرارة عالية هو أنه يسمح بالتحكم الدقيق في درجة الحرارة. في بيئة الفراغ ، يتم تقليل فقد الحرارة في المناطق المحيطة ، مما يجعل من السهل الحفاظ على درجة حرارة ثابتة داخل الفرن. هذا مهم بشكل خاص للمعالجة الحرارية ذات درجة الحرارة العالية ، حيث يمكن أن يكون للتغيرات الصغيرة في درجة الحرارة تأثير كبير على الخصائص النهائية للمادة التي يتم معالجتها.

أخيرًا ، يمكن للأفران الفراغية تحقيق درجات حرارة أعلى بكثير من الأفران العادية. مع عناصر التسخين من نوع المقاومة ، يمكن أن تصل أفران التفريغ إلى درجات حرارة تصل إلى 3000 درجة مئوية. هذا يجعلها مثالية لمجموعة واسعة من تطبيقات المعالجة الحرارية ذات درجات الحرارة العالية ، مثل الصهر والصب والتلبيد والتليين.

ما هي الأجواء الممكنة للأفران الفراغية؟

هناك عدة أنواع من الأجواء التي يمكن استخدامها في فرن التفريغ. الغلاف الجوي الأساسي هو الفراغ نفسه ، والذي يتم إنشاؤه عن طريق ضخ الهواء داخل الفرن لخلق بيئة ضغط منخفض. اعتمادًا على التطبيق ، يمكن أن يتنوع مستوى الفراغ من الفراغ الخشن إلى الفراغ الدقيق إلى الفراغ العالي إلى الفراغ الفائق.

بالإضافة إلى جو الفراغ ، من الممكن أيضًا العمل مع غازات مختلفة أو مخاليط غازية في فرن تفريغ. تتضمن بعض الغازات الشائعة المستخدمة في الأفران الفراغية الأرجون والنيتروجين والهيدروجين وأول أكسيد الكربون والهيليوم. يعتمد اختيار خليط الغاز أو الغاز على المتطلبات المحددة لعملية المعالجة الحرارية وخصائص المادة التي تتم معالجتها.

أنواع عناصر التسخين

هناك عدة أنواع من عناصر التسخين التي يشيع استخدامها في أفران التفريغ. في فرن الفراغ بالجدار البارد ، وهو نوع من الأفران يحتوي على مستقبل مبرد بالماء يتم الاحتفاظ به باردًا أثناء عملية المعالجة الحرارية ، تتكون عناصر التسخين الأكثر شيوعًا من الجرافيت أو الموليبدينوم أو التنجستن.

يتم اختيار هذه المواد لأنها تتميز بضغوط منخفضة حتى في درجات الحرارة العالية ، مما يجعلها مناسبة تمامًا للاستخدام في بيئة الفراغ. على سبيل المثال ، يمكن استخدام عناصر تسخين الجرافيت لتحقيق درجات حرارة تصل إلى 2200 درجة مئوية في فرن تفريغ ، بينما يمكن أن تصل عناصر تسخين الموليبدينوم والتنغستن إلى درجات حرارة تصل إلى 1600 درجة مئوية و 2200 درجة مئوية ، على التوالي.

يمكن أيضًا استخدام أنواع أخرى من عناصر التسخين في أفران التفريغ ، اعتمادًا على المتطلبات المحددة لعملية المعالجة الحرارية وخصائص المادة التي تتم معالجتها. على سبيل المثال ، تستخدم بعض أفران التفريغ تسخينًا بالحث أو عناصر تسخين مشعة لتحقيق درجات حرارة عالية.

فرن الفراغ Kindle Tech

تتوفر أنواع مختلفة من أفران التفريغ ، كل منها يناسب التطبيقات والمتطلبات المختلفة. تتضمن بعض الأمثلة على أنواع أفران التفريغ التي تقدمها Kindle Tech ما يلي:

أفران غرفة التفريغ: تحتوي هذه الأفران على حجرة محكمة الغلق يتم ضخها لإنشاء فراغ ، وتستخدم لمجموعة واسعة من تطبيقات المعالجة الحرارية.
أفران غطاء الفراغ: تحتوي هذه الأفران على غطاء أو غلاف محكم الإغلاق وضخ لإنشاء فراغ ، وغالبًا ما تستخدم في عمليات المعالجة الحرارية التي تتطلب جوًا محددًا.
أفران التحميل السفلي: تحتوي هذه الأفران على غرفة محكمة الغلق يتم الوصول إليها من الأسفل ، وغالبًا ما تستخدم في عمليات المعالجة الحرارية التي تتطلب تحميل وتفريغ المواد من القاع.
أفران الفراغ للمختبر: هذه أفران أصغر حجمًا على الطاولة مصممة للاستخدام في بيئة معملية. غالبًا ما تستخدم للبحث والتطوير ، أو لعمليات المعالجة الحرارية على نطاق صغير.
أفران الأنابيب المفرغة: تحتوي هذه الأفران على أنبوب مغلق يتم ضخه لإنشاء فراغ ، وغالبًا ما تستخدم في عمليات المعالجة الحرارية التي تتطلب جوًا محددًا أو تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة.

يمكن استخدام كل أفران التفريغ هذه مع غاز تفاعلي أو غاز خامل ، اعتمادًا على المتطلبات المحددة لعملية المعالجة الحرارية. وهي متوفرة أيضًا مع خيار العزل المعدني أو الجرافيت أو السيراميك ، ويمكن تهيئة بعض الطرز للعمل بأمان حتى 3000 درجة مئوية عند الطلب.

خيارات الفراغ

تقدم أفران التفريغ الخاصة بنا مجموعة من الخيارات والميزات التي يمكن تخصيصها لتلبية المتطلبات والتطبيقات المحددة. تتضمن بعض الأمثلة على الخيارات التي قد تكون متاحة للأفران الفراغية برامج متقدمة ومسجلات بيانات ووحدات تحكم رقمية متطورة. يمكن أن يوفر ذلك مستويات إضافية من التحكم في تشغيل الفرن كما يوفر إمكانات تسجيل بيانات كاملة.

تشمل الخيارات الأخرى التي قد تكون متاحة للأفران الفراغية مضخات مختلفة وأنظمة تفريغ وأنظمة تبريد ، والتي يمكن اختيارها لتلبية متطلبات محددة. يمكن أن تساعد هذه الخيارات في تحسين أداء الفرن والتأكد من أنه مناسب تمامًا للتطبيق المقصود.

تُستخدم أفران التفريغ الخاصة بنا في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، بما في ذلك اللحام بالنحاس ، والتلبيد ، والتليين ، وإزالة الغاز ، والتجفيف ، والتقسية ، واللحام ، والتبريد ، والتصلب. كما أنها تستخدم في قولبة حقن المعادن (MIM) وقولبة حقن السيراميك (CIM) ، وكذلك في عمليات المعدنة ، والسيليكون ، والكربنة ، والعمليات الصناعية الأخرى.

هناك عدة أنواع مختلفة من أفران التفريغ المتاحة ، كل منها مناسب لتطبيقات مختلفة. على سبيل المثال ، توفر أفران غطاء المحرك أعلى درجة نقاء ممكنة وهي مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب بيئة نظيفة للغاية. توفر نماذج أفران التفريغ المزودة بقدرات التحميل السفلي وصولاً سهلاً إلى العينات ، بينما تتميز أفران الفراغ في المختبر بتصميم أكثر إحكاما ومناسبًا تمامًا لبيئة البحث. تعتمد أفران الأنبوب المفرغ على النماذج المقابلة غير الفراغية ، ولكن يتم تعديلها وتجهيزها بوحدة تفريغ مخصصة لهذا الغرض ، وهي متوفرة في مجموعة من الأقطار والأطوال. بعض الطرز ، مثل HTRH-H2 ، قادرة أيضًا على العمل في جو الهيدروجين.