تعمل أفران التفريغ على تسخين المواد باستخدام عناصر تسخين تعمل بالطاقة الكهربائية التي تنقل الطاقة إلى عبء العمل بشكل أساسي من خلال الإشعاع. هذه الطريقة فعالة للغاية في بيئة الفراغ، حيث أنها تقضي على وجود الهواء والغازات التي يمكن أن تسبب الأكسدة أو نقل الحرارة من خلال الحمل الحراري. تكون كفاءة انتقال الحرارة في أفران التفريغ عالية بشكل خاص في درجات الحرارة المرتفعة، حيث يحكمها قانون ستيفان-بولتزمان الذي ينص على أن معدل انتقال الحرارة بالإشعاع يزداد مع القوة الرابعة لدرجة الحرارة المطلقة.
عناصر التسخين ونقل الطاقة:
في أفران التفريغ، تكون عناصر التسخين عادةً عناصر تسخين بالمقاومة أو تسخين بالحث أو عناصر تسخين بالإشعاع. تولد هذه العناصر الحرارة التي يتم نقلها بعد ذلك إلى عبء العمل. في الأفران التفريغية ذات الجدران الباردة، يتم نقل الحرارة مباشرةً من خلال الإشعاع، بينما في الأفران ذات الجدران الساخنة، يتم نقل الحرارة بشكل غير مباشر. وتعتمد كمية الطاقة المطلوبة لتسخين حمولة العمل إلى درجة حرارة محددة على الكتلة والسعة الحرارية النوعية للمواد التي تتم معالجتها.الكفاءة والاعتماد على درجة الحرارة:
يعتبر نقل الحرارة بالإشعاع عالي الكفاءة في بيئات الفراغ، ولكن كفاءته تعتمد على درجة الحرارة. في درجات الحرارة المنخفضة (أقل من 600 درجة مئوية)، قد يكون معدل انتقال الحرارة أبطأ، لذلك غالبًا ما يتم استخدام التسخين بالحمل الحراري عن طريق ملء الفرن بغاز خامل لتسريع العملية. هذه الطريقة مفيدة بشكل خاص عندما يكون عبء العمل كبيرًا ونسبة السطح إلى الكتلة عالية، لأنها تساعد في تحقيق تسخين منتظم بسرعة أكبر.
تأثير خصائص عبء العمل:
يتأثر معدل تسخين عبء العمل في فرن التفريغ أيضًا بعوامل مثل اللون والتشطيب السطحي وشكل الأجزاء. الأجزاء التي تكون رقيقة وذات مساحة سطح كبيرة بالنسبة لكتلتها سوف تسخن بسرعة أكبر بسبب التعرض الأفضل للحرارة الإشعاعية.أنواع أفران التفريغ:
أفران التفريغ متعددة الاستخدامات ويمكن تخصيصها لعمليات مختلفة بما في ذلك التبريد بالتفريغ بالنحاس، واللحام بالنحاس، والتلدين، والمغنطة، والتلطيف، والتلبيد، واللحام بالانتشار، والكربنة. ويمكن تصنيفها كذلك بناءً على طريقة التسخين المستخدمة، مثل أفران المقاومة الفراغية، وأفران الحث الفراغي، وأفران القوس الفراغي، وأفران القوس الفراغي، وأفران الحزمة الإلكترونية، وأفران البلازما.
