對(duì)于工藝工程師來(lái)說(shuō)，滿足干燥、固化和烘烤溫度敏感組件的要求可能具有挑戰(zhàn)性。當(dāng)升高溫度不是一種選擇時(shí)，降低壓力可能是一種有效的工藝工具。在真空烘箱中使用低壓條件可以通過(guò)在較低溫度下排出滯留的水分和氣體來(lái)抵消熱量限制的限制。為了獲得的排氣和干燥效果，需要加熱和真空的結(jié)合。
真空干燥和排氣在制藥、電子、醫(yī)療設(shè)備和航空航天工業(yè)中很常見(jiàn)，在這些行業(yè)中，脆弱的有機(jī)化合物、塑料部件、樹(shù)脂和聚合物設(shè)備必須在沒(méi)有高溫加工的破壞性影響的情況下進(jìn)行干燥和固化。真空爐處理雖然有效，但也充滿了障礙。真空是一種不良的熱導(dǎo)體，因此它是地球上的絕緣體。換句話說(shuō)，輔助干燥過(guò)程的真空也阻礙了熱量傳遞到您的產(chǎn)品。
真空烤箱的十個(gè)技巧
|
1. 加熱對(duì)真空干燥、脫氣至關(guān)重要
在環(huán)境溫度下將組件暴露在真空中會(huì)很快導(dǎo)致樣品本身低于環(huán)境溫度。隨著壓力下降，分子會(huì)揮發(fā)并被真空泵排出。從液體到氣體的相變消耗了熱能，從而降低了樣品的溫度。隨著排氣的繼續(xù)，溫度繼續(xù)下降并形成冰袋。一旦水結(jié)冰，就很難將其從樣品中去除。出于這個(gè)原因，單獨(dú)的真空處理很少足以脫氣或干燥樣品。利用增加熱量和減少壓力的真空爐是對(duì)這些溫度敏感樣品進(jìn)行一致、處理的關(guān)鍵。
傳熱的方式主要有對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射三種。篝火很好地說(shuō)明了熱量的三種移動(dòng)方式。大多數(shù)過(guò)程加熱應(yīng)用依賴于對(duì)流，就像在篝火上烤棉花糖一樣。詢問(wèn)任何 Eagle Scout 或熱力學(xué)專家，他都會(huì)告訴您將棉花糖放在火焰上方的加熱空氣中，使其烘烤而不會(huì)燃燒。不是火本身，而是火上方的熱空氣正在烤制即將到來(lái)的食物。
如果你拿著一根一端在火中的金屬串燒幾分鐘，你會(huì)注意到把手很快摸起來(lái)很燙。金屬本身通過(guò)第二種見(jiàn)的傳熱方法：傳導(dǎo)沿整個(gè)長(zhǎng)度傳遞熱量。最后，坐在篝火旁，你會(huì)感覺(jué)到四面八方散發(fā)的溫暖是由于輻射。
和的傳熱方法是對(duì)流。在干燥應(yīng)用中，熱空氣在產(chǎn)品周圍循環(huán)，加熱產(chǎn)品并導(dǎo)致滯留的水分和氣體隨著時(shí)間的推移而揮發(fā)。對(duì)流烤箱具有金屬架或穿孔擱架以促進(jìn)空氣流通，因?yàn)檫@是熱傳遞的主要熱源。這種傳熱方法在真空加工中不起作用。缺乏氣氛會(huì)阻止對(duì)流傳熱。隨著對(duì)流的取消，真空過(guò)程依賴于傳導(dǎo)，在較小程度上依賴于輻射將熱量傳遞給樣品。
2. 不只是大量的熱空氣
傳導(dǎo)是第二個(gè)的傳熱形式。傳導(dǎo)需要兩個(gè)相互接觸的物體，以便熱量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體。在真空爐處理的情況下，熱量從擱板表面?zhèn)鬟f到樣品。為了限度地提高傳導(dǎo)熱傳遞的效率，為架子結(jié)構(gòu)仔細(xì)選擇正確的金屬是很重要的。熱導(dǎo)率表示為由于溫度梯度而通過(guò)單位厚度傳遞的熱量。換句話說(shuō)，熱導(dǎo)率是對(duì)熱量在任何給定材料上移動(dòng)的均勻性和效率的計(jì)算?；◢弾r具有 1.7 W/(m·K) 的低導(dǎo)電性能。在光譜的另一端，金剛石是 1000 W/(m·K) 的熱導(dǎo)體。銀等金屬，
為了在真空烤箱中進(jìn)行高效且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的熱傳遞，鋁是擱板結(jié)構(gòu)的。最糟糕的選擇是不銹鋼。高品質(zhì)真空烤箱始終配備堅(jiān)固的鋁制擱板，以促進(jìn)的熱傳遞。
熱導(dǎo)率值不僅對(duì)熱傳遞很重要，而且對(duì)敏感產(chǎn)品的保護(hù)也很重要。不具有高導(dǎo)熱性的材料（如不銹鋼）會(huì)不均勻地傳遞熱量，從而導(dǎo)致熱點(diǎn)、溫度峰值和不均勻的批處理。
種傳熱方法是輻射。與依靠原子傳遞熱量的對(duì)流和傳導(dǎo)不同，輻射使用沿紅外光譜的電磁波來(lái)傳遞熱量。太陽(yáng)通過(guò)輻射將熱量通過(guò)太空真空傳遞到地球。我們的太陽(yáng)是一個(gè)巨大的核反應(yīng)堆，重 2×1030 公斤，每秒發(fā)出 3.86 x 1027 千瓦的功率。在稱為真空爐的小金屬盒中很難重現(xiàn)這種水平的熱傳遞。盡管來(lái)自太陽(yáng)的所有熱能都通過(guò)輻射傳遞到地球表面，但主要是通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流將熱量傳遞到空氣中。
盡管是低、速度最慢的傳熱方式，但輻射只是真空處理等式的一小部分。熱量將通過(guò)來(lái)自實(shí)際熱源（通常是均勻放置在容器外部的輻射加熱器）和腔室內(nèi)其他表面的輻射傳遞。這就是事情變得棘手的地方。依靠輻射來(lái)持續(xù)加熱您的樣品需要您了解樣品的確切傳熱系數(shù)及其接觸的一切。如果烤箱中的樣品——例如電路板——放在一個(gè)堅(jiān)固的架子上，它的底面會(huì)受到熱輻射的影響。這意味著頂部將以不同的速率處理。如果電路板在電線架上——比如對(duì)流烤箱架——電路板將比在堅(jiān)固的架子上暴露得更多，但與線架接觸的地方不會(huì)受到輻射，會(huì)受熱不均。樣品和架子是黑色、白色、拋光還是啞光？所有這些變量都會(huì)影響熱傳遞。
樣本隨時(shí)間的變化也會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)于酚醛樹(shù)脂，傳熱系數(shù)會(huì)隨著樣品從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)而發(fā)生變化。高導(dǎo)熱貨架可以通過(guò)在貨架上均勻傳導(dǎo)熱量來(lái)減輕輻射傳熱的破壞性影響。
3. 熱源優(yōu)化布置
對(duì)流烤箱可以使用在腔室周圍循環(huán)的大量熱空氣來(lái)均勻地為樣品加熱。腔室中快速流動(dòng)的空氣使加熱器的分布和放置成為整體加熱器功率和氣流的次要問(wèn)題。純粹就溫度均勻性而言，一個(gè)較大的加熱器與多個(gè)較小的加熱器一樣有效。然而，在真空爐中，加熱器的分布和放置至關(guān)重要。因?yàn)槲覀儙缀跻蕾噦鲗?dǎo)，所以加熱器在腔室周圍良好分布并將熱量均勻地傳遞到架子上是很重要的。加熱器瓦數(shù)應(yīng)均勻分布在容器的兩側(cè)，因?yàn)樨浖苌系乃絺鬏斒羌訜岬闹饕d體。
盡管由于腔室中缺乏空氣，腔室頂部的熱空氣池不是問(wèn)題，但加熱器的頂部安裝是最不理想的位置。在樣品上方加熱容器的頂部安裝的加熱器將無(wú)法有效地在多個(gè)架子上均勻地驅(qū)動(dòng)熱量。此外，來(lái)自加熱器的輻射可能對(duì)最上面的樣品產(chǎn)生不利影響，而根本不向下部擱架提供任何熱量。
4. 做一個(gè)控制狂
如果控制回路無(wú)效，正確的架子、加熱器放置和加熱器瓦數(shù)都只是喋喋不休。標(biāo)準(zhǔn)溫度探頭在真空烤箱中將無(wú)效，因?yàn)闆](méi)有空氣對(duì)其進(jìn)行加熱。理想情況下，探頭應(yīng)從導(dǎo)電表面之一進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)將溫度探頭靠近貨架放置，我們可以確?？刂苹芈犯檶?shí)際內(nèi)部溫度。PID 應(yīng)在控制器內(nèi)使用，以防止溫度峰值和波動(dòng)。由于真空而導(dǎo)致的響應(yīng)時(shí)間緩慢將使自動(dòng)調(diào)諧無(wú)用。控制參數(shù)必須手動(dòng)設(shè)計(jì)。正確的控制回路將有一個(gè)與架子接觸的內(nèi)部探頭和一個(gè)具有專為真空應(yīng)用設(shè)計(jì)的 PID 值的穩(wěn)健控制器。
總之，優(yōu)秀的供應(yīng)商不僅僅??為您提供優(yōu)質(zhì)的設(shè)備和材料。尋求與充分了解其產(chǎn)品的供應(yīng)商合作，以提供深入的流程分析并提出解決方案。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和構(gòu)建新生產(chǎn)線時(shí)使用主要供應(yīng)商，以便您可以從他們的特定知識(shí)中受益。您無(wú)需成為真空烤箱專家；你只需要知道在哪里可以找到一個(gè)。
