ما هي ميزات التصميم الهامة للوحة التسخين الخاصة بالمكبس الساخن الفراغي؟
ترك رسالة
يمثل الضغط الساخن في الحجرة المفرغة مشكلة ذات شقين-. يجب أن يطبق حرارة وضغطًا موحدين لتوصيل المواد، دون تلويث الفراغ النظيف بالمواد العضوية المنبعثة أو الغاز المحصور. لن تتمكن ألواح التسخين الجوي العادية من البقاء في هذا الجو النقي عالي المخاطر-. تصميم لوحة التسخين للمكبس الساخن الفراغي من الصفر، مع الأخذ في الاعتبار نقاء المواد والختم المحكم وتوزيع الحرارة. في تطبيقات مثل الربط المركب لمكونات الفضاء الجوي، أو تغليف أشباه الموصلات أو ربط المعادن بالانتشار، تصبح اللوحة نفسها أداة معالجة رئيسية.
المتطلبات الخاصة لبيئة الفراغ
لا يوجد الحمل الحراري في الغلاف الجوي في غرفة فراغ. لا يمكن أن يتم نقل الحرارة من الصفيحة إلى قطعة العمل إلا عن طريق التوصيل (عند نقاط الاتصال) وعن طريق الإشعاع. وهذا يجعل التسطيح والتجانس الحراري لسطح الصفيحة أكثر أهمية من الهواء. أي مسافة بين الصفيحة وقطعة العمل تحد من الاتصال الفعال وتسبب اختلافًا في درجة الحرارة.
وفي الوقت نفسه، فإن بيئة هوفر معرضة بشدة للتلوث. إطلاق الغازات-يمكن أن يؤدي تفريغ الغازات المحتبسة أو الرطوبة أو المركبات العضوية المتطايرة من المواد- إلى إفساد مستوى التفريغ، أو تلويث قطعة العمل، أو الإضرار بمضخات التفريغ. ومن ثم، فإن تصميم لوحة التسخين في المكبس الساخن الفراغي يجب أن يحتوي على مواد منخفضة للغاية في إطلاق الغازات-ومحكم التسرب-.
الاختيار الحاسم للمواد لانخفاض إطلاق الغازات
يجب أن يكون جسم الصوانى مصنوعًا من معدن مناسب للفراغ. تشمل الخيارات الشائعة ما يلي:
الفولاذ المقاوم للصدأ 316L - الخيار الأكثر شيوعًا. إنه يتميز بقوة ميكانيكية منخفضة لإطلاق الغازات في درجات حرارة عالية ومقاومة للأكسدة في عملية الخبز بالفراغ. عادةً ما يتم صقل السطح النهائي أو صقله كهربائيًا لتقليل مساحة السطح والحد من إطلاق الغازات بشكل أكبر.
سبائك الألومنيوم (6061 أو 7075) معالجة بشكل خاص - الألومنيوم العادي ليس صديقًا للحوافر بسبب طلاء الأكسيد السميك المسامي الذي يجمع الرطوبة. ولكن يمكن استخدام التنظيف المحدد والخبز الفراغي للألمنيوم في تطبيقات درجات الحرارة المعتدلة (أقل من 250 درجة) . 316L المفضل كثيرًا للفراغ العالي جدًا - (UHV).
إنكونيل أو السبائك الفائقة الأخرى - يتم تخصيص سبائك إنكونيل أو هاينز للتطبيقات التي تزيد عن 500 درجة عندما يفقد الفولاذ المقاوم للصدأ قوته. هذه لها ضغط بخار منخفض جدًا عند درجة حرارة عالية.
يجب أن تتوافق جميع المكونات الداخلية، بما في ذلك عناصر التسخين والعزل والأسلاك الحرارية ومواد الختم، مع حدود إطلاق الغازات التي وضعتها معايير مثل ASTM E595 (لتطبيقات الفضاء والفراغ) مع فقدان إجمالي للكتلة (TML) بنسبة 1.0% والمواد المتطايرة القابلة للتكثيف (CVCM) بنسبة 0.1%.
المواد التي يجب تجنبها:
معيار الألومنيوم (إطلاق الغازات العالية، أكسيد المسامية).
المواد البلاستيكية أو البوليمرات (باستثناء عدد قليل من-درجات الحرارة العالية، والدرجات المنخفضة لإطلاق الغازات مثل Vespel أو Kapton المستخدمة بشكل مقتصد).
الفيتون أو اللدائن التقليدية (قد يكون السيليكون أو الفلوروسيليكون مقبولاً في إعدادات محدودة؛ وبشكل عام، يُفضل استخدام جميع-الأختام المعدنية).
مكنسة كهربائية لعناصر التسخين-متوافقة ومغلقة بإحكام
يتم تضمين الصوانى مع عناصر التسخين التي يجب أن تكون محكمة الغلق لتجنب إطلاق الغازات أو الجزيئات من الداخل. التصاميم المقبولة هي:
كابلات التدفئة المعدنية - المعزولة (MI) - سلك المقاومة (NiCr أو ما يعادله) المغطى بمسحوق أكسيد المغنسيوم المضغوط (MgO)، داخل غلاف معدني غير ملحوم (Inconel، 316SS أو Alloy 600). في الإنتاج يكون MgO جافًا ويتم تفريغه من الغازات، ويتم لحام نهايات الغلاف لإغلاقها.
غالبًا ما تحتوي سخانات الخرطوشة القياسية على أختام نهائية عضوية تنطلق من الغاز. سخانات الخرطوشة ذات السدادات الملحومة لخدمة الحفار، يمكن فقط استخدام الأنواع ذات الأغطية الطرفية الملحومة بالكامل وحشو MgO.
العناصر المقاومة المغلفة - بالنسبة للألواح الرقيقة، يمكن تغليف سخانات الرقائق المحفورة بشكل محكم بين لوحين معدنيين عن طريق اللحام بالليزر حول المحيط.
يجب أن تكون الأسلاك الداخلية التي تربط عناصر التسخين بممرات التغذية معزولة باستخدام مواد منخفضة إطلاق الغازات. ويفضل أن يكون المدى بأكمله عبارة عن كابل معدني معزول. إذا كان السلك المرن مطلوبًا، فإن العزل PTFE أو Kapton (بوليميد) يكون مناسبًا ولكن يجب أن يتم خبزه بالفراغ بشكل كامل. لا يوجد سلك PVC أو نايلون قياسي.
التغذية الكهربائية والمزدوجة الحرارية (المحكم)
أي طاقة كهربائية أو خطوط استشعار تنتقل من الغلاف الجوي خارج حجرة التفريغ إلى الصفائح يجب أن تعبر حاجز التفريغ. ويتم تنفيذ ذلك باستخدام مواد التغذية الخزفية-إلى-المعادن. تتميز لوحة الضغط الساخنة القياسية في مكبس الفراغ بما يلي:
تغذية الطاقة - موصلان أو أكثر (اعتمادًا على تسخين الطور الفردي- أو ثلاث-مرحلة واحدة، حسب الاقتضاء) ملحومة بالنحاس في فلنجة معدنية أو مباشرة في جسم اللوح. يتكون العازل الخزفي عادةً من 95% أو 99% من الألومينا ويتم إغلاقه بالمعدن بإحكام.
تمر عمليات تغذية المزدوجات الحرارية - من امتدادات المزدوجات الحرارية ذات الأسلاك الرفيعة (النوع K أو J) من خلال تركيب محكم التفريغ، عادةً مع ختم صغير من السيراميك -إلى-معدن.
يجب أن يتم تصنيف عمليات التغذية هذه وفقًا لدرجة حرارة عمل اللوح (عادةً 300-500 درجة مئوية لتطبيق الضغط الساخن الفراغي) والضغط التفاضلي (1 ATM بالخارج، وفراغ بالداخل). تم اختبار التسرب باستخدام مطياف كتلة الهيليوم بمعدل تسرب أقل من 10⁻⁹ ملي بار·لتر/ثانية.
أي تجويف في اللوح- - مثل الفتحة المسدودة للمزدوجة الحرارية أو الجيب الملولب للقفل - يمكن أن يكون "تسربًا افتراضيًا". هام: الغاز المحبوس في مثل هذه التجاويف سوف يتسرب تدريجياً إلى الفراغ، مما يزيد من أوقات الضخ ويتدهور الضغط الأساسي. ويجب أن تسمح البنية بوجود ممرات للتهوية إلى هذه التجاويف لربطها بالبيئة الخارجية أو يجب حذفها تماماً. على سبيل المثال، عادةً ما يتم تهوية بئر المزدوجة الحرارية عن طريق ثقب صغير (قطره 0.5-1.0 مم) يصل إلى سطح الصفيحة، مما يسمح بإخلاء الهواء المحبوس.
التوحيد الحراري في ظل ظروف الفراغ
في حالة عدم وجود تدفق الهواء الحملي للمساعدة في توزيع الحرارة، يجب أن تعتمد اللوحة فقط على التوصيل والإشعاع الداخلي للحصول على درجة حرارة سطحية موحدة. ميزات التصميم الرئيسية للتوحيد:
الترتيب الأمثل للسخان - يتم وضع عناصر التسخين بناءً على تحليل العناصر المحدودة (FEA) بحيث يكون التباين في درجة حرارة سطح العمل ضمن ±2–5 درجة. غالبًا ما يكون هناك العديد من السخانات والمزدوجات الحرارية التي يتم التحكم فيها بشكل مستقل للتحكم في المنطقة.
جسم لوحي سميك ذو موصلية عالية - لوح سميك (على سبيل المثال، 25-40 مم) سيعمل على تحسين توزيع الحرارة الجانبية. ولكن هناك مقايضة بين السُمك والوزن والاستجابة الحرارية.
التسطيح وتلميع السطح - يتم طحن سطح التلامس العلوي بشكل مسطح في حدود 0.025-0.05 مم (0.001-0.002 بوصة) فوق مساحة السطح الزجاجي. يوفر التشطيب الجيد للسطح (Ra <0.8 ميكرومتر) اتصالًا حراريًا فعالًا لقطعة العمل ويقلل من مساحة السطح لإطلاق الغازات.
العزل خلف اللوح-يتم عادةً عزل الجانب غير العامل من اللوح باستخدام ألواح ألياف خزفية منخفضة إطلاق الغازات (على سبيل المثال، ألياف السيليكا أو الألومينا) لتوجيه الحرارة للأمام. يجب خبز هذه الألواح لإزالة المواد الرابطة والمواد المتطايرة.
في الواقع، غالبًا ما يتم خبز الألواح تحت التفريغ قبل الاستخدام، غالبًا عند درجة حرارة 150-300 درجة تحت التفريغ لعدة ساعات، للتخلص من الرطوبة الممتصة والشوائب المتبقية. بعد الخبز، وصلت اللوحة إلى حالة إطلاق الغازات المنخفضة المستقرة.
قائمة مراجعة تصميم لوحة التسخين بالضغط الساخن
قائمة المراجعة الشاملة لتصميم لوحة التسخين بالضغط الساخن هي كما يلي:
طريقة التحقق من الميزات المهمة للفئة
Body material 316L stainless steel (or Inconel for >500 درجة) شهادة المواد المعالجة السطحية (الكهربائية)
كبل معدني -معزول (MI) محكم الغلق، عنصر تسخين، لا توجد موانع تسرب عضوية، غمد ملحوم
عزل داخلي مضغوط MgO (جاف، منزوع الغاز) بيانات الشركة المصنعة لإطلاق الغازات بواسطة هوفر
التغذية من السيراميك-إلى-المعدن، معدل التسرب<10-9 mbar·L/sHelium leak test
