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真空镀膜设备坩埚的作用?
发布时间:2014-12-08 浏览:4084 次

  坩埚又称为结晶器,是真空电弧熔炼的核心部位。金属在这里熔化、过热、精炼和结晶成锭。在这里进行着大量的热交换,坩埚壁的换热强度能够达到几万至几百万W/m2。

  当电弧产生异常现象时,甚至会烧穿坩埚壁。因此,对于坩埚有一系列要求。

  鉴于坩埚的重要性,设计坩埚的要点主要集中在几以下点:

  ①坩埚要用导热性好导电性也好的且不易被熔化金属黏结的材料制造。符合这种要求的材料有紫铜、无氧铜等。绝大多数的坩埚由壁厚12~24mm紫铜管和铜合金,(含锰青铜):法兰盘焊接而成。

  因为紫铜的导热性和导电性好,且不与熔炼金属黏结,还比无氧铜便宜,比钢传热性、导电性好。

  ②坩埚的内表面应该平整光滑,断面形状一致,无严重麻坑,以便于脱锭。坩埚管主要制造方法有挤压、电解沉积和离心铸造等。其中以挤压方法生产的质量最好,但以此法生产大规格(直径大于500mm)坩埚管较困难。

  电解沉积法规格不限,应用较广。此外,还有紫铜板卷焊的坩埚管,但其内表面的焊缝必须接受精密加工。在电弧熔炼过程中,坩埚内表面会结有残渣,因此每次熔炼前应该仔细地清理坩埚内表面。

  ③坩埚要有足够的刚度和强度,在熔炼情况下,足以支承最大铸锭质量,且受到电极短路碰撞时不致损害。

  ④坩埚壁厚在强度允许的条件下应薄些。坩埚壁主要决定于锭子的直径和荷重,一般小炉子取壁厚为8~10mm,大炉子取壁厚为12~24mm,钢制坩埚的壁厚为8~12mm。

  但也有人主张用较厚的埚壁(大于25mm),他们认为沿坩埚壁的纵向也能传热,对高温熔化区的冷却很有作用。

  而另外一些人认为,只要冷却水足够,埚壁纵向传热作用不大,因此可采用较薄的埚壁。而且,埚壁的薄厚并不是决定烧穿坩埚难易的因素。在冷却水不足的情况下,无论埚壁厚薄,熔点较低的铜肯定难于应付高温。

  ⑤坩埚的结构应当允许坩埚的热膨胀变形。图坩埚外壁温度曲线是日本真空技术公司对蛇形管水冷的8英寸(200mm)铜坩埚外表面实测的温度曲线。

  可见,在熔炼过程中,虽有水冷,但埚壁的温度仍然较高。根据实测资料,水冷铜坩埚的外壁最高温度(熔池处)为230~280℃;推算出内壁最高温度约为400℃,平均温度约为150℃。

  由于坩埚较长,纵向热膨胀量较大,设计时必须考虑到。例如:2m长的铜坩埚,平均温度为150℃时,其纵向热膨胀量Δl=(150 - 20)× 18 × 10-6 ×2000 = 4.68mm。可见,如果坩埚上下固定,这么大的膨胀量所产生的巨大内应力将使坩埚损坏。

  ⑥直径小于150mm的坩埚往往带有一定锥度,因为坩埚需要脱锭。大锭在冷凝时由于总收缩量较大,脱锭很容易;但是小锭需坩埚有一定锥度,才便于脱锭,一般锥度在0.5%以内。

  ⑦坩埚要进行充分而适当的冷却。大约炉子熔化功率的80%的热量由坩埚冷却系统带走,因此要。 求冷却水的流速、流量都足够大。

  ⑧便于装卸、清理和维修。

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