用于热等静压机的
高温炉,虽然也起烧结作用,但它不同于一般真空或保护气氛烧结炉,它更精巧和高效。炉体在工作时是受高压压力介质所包围,若要使高温炉体高效的正常运转,需要解决以下两个关键问题。
(1)炉体构造必须能防止炉内外高密度压力介质的有害对流,并保证炉温均匀。
(2)一般情况下,炉内需要有1000℃以上的高温,而炉外温度只允许在100℃~200℃左右。这就要求在几十毫米厚的隔热层内,能使温度下降一千多度。
一、发热元件
发热元件一般采用镍铭丝(1200℃)、铜丝(1800℃)、钨及钨铼和石墨等,根据不同的使用温度进行选择。多数热等静压机使用钼丝发热元件。编织成各种各样的钼丝发热体,可进行分段控制,钼丝固定于相笼上,有如(a), (b), (c)型式。当工件放置在钼笼中间后,借助于发热元件的高温辐射与对流来加热。具有分段控制加热的炉体,炉温均匀且高温区长。(a)是日本的一种铝带发热体,钥带用氧化铝绝缘子固定;(b)为08毫米铂棒作成的带三段相丝的钼笼结构,下段由9股01.5毫米钼丝拧成,中段与上段则用3股1.5毫米钼丝拧成;(c)是根据炉体上部温度偏高而设计的下密上硫式结构的示意图。除了常用的钼笼式加热工件外,还可采用底部加热,借隔热屏内压力介质的自下而上的有益对流来均匀加热工件。因为热等静压机在高压下护区存在着上部温度高、下部温度低的缺点,将发热元件安装在工件下面,这一结构不仅可以克服底部温度低的问题,而且可更为有效地利用炉膛空间,在上装料的热等静压机中,这种炉体的设计优越性更大。
近年来发展了使用石墨作发热元件的热等静压机,其发热元件工作温度可达2000℃以上。
二、隔热
前面说到了高温炉内工作温度可高达1000℃以上,3000℃以下,而高压缸壁只允许在100℃~200℃以下的温度工作,且炉内又不宜过于庞大,要向得到理想的结构,除了采用水冷缸壁外,就在于设计高效隔热层,实践表明,多层隔热可以达到这一目的。所谓多层隔热就是讲隔热层分成若干单层间隔,在层间充填隔热性能良好的耐热氧化物纤维,从炉内算起,第一层热度决定最高使用温度。第一层常用的是钼隔热屏,可以在1400℃左右使用。不过如果第一层的耐热纤维耐热度高于1400℃时,则钼屏可在高于此温度使用。由于钼本身的再结晶温度较低,再结晶钼的强度很差,脆而易坏,寿命短,使用或拆卸炉体时,要小心保护好各种钼丝结构体。炉体第二层采用高温合金,或不锈钢制作。各层之间填充隔热材料。现有的耐热纤维以硅酸铝用的较多,其隔热效果好,适于作为1400℃以下温度的炉体的耐热隔热材料。日本神户制钢所报道了多层隔热数据.。
三、对流问题
高温炉结构是热等静压机成败的关键,其技术关键在于一方面需要防止炉内外压力介质的有害对流,而另一方面又要善于利用炉内压力介质的有益对流,以期达到均温和快速加热工件的目的。当使用氩气为压力介质时,在1000巴的压力下,密度比常压下增加了500倍。如此高的气体密度,携带着由发热元件提供的大量热能,如果她与炉外产生对流,就会把大量的热量散失在炉外,这样不仅炉温不能上升,而且炉外壁与高压缸壁冷却水的温度升高,故须防止这种有害的对流。
四、测温
热等静压机的测温装置与一般炉体不一样,而且要复杂的多。测温装置的高压侧漏尝尝导致缸体密封系统事故造成停机检修,因此测温装置要有可靠地高压(工作压力下)密封性。一般热等静压机的测温元件是各种常规热电偶(也有使用辐射高温计装置的报道)。插入炉内与引出炉外的热电偶线中间需要加装一下高压密封装置,如何密封热电偶线,是热等静压机测温研究的主要课题之一。