恒美智造真空气氛炉-高温马弗炉负压换气与烧结稳定原理图谱

一、气氛炉做的不是加热，是把炉膛里的气换掉

气氛炉与普通马弗炉的差别不在温度，在炉膛里装的是什么气。普通炉子烧的是空气，样品在空气里受热，表面氧化，颜色变了，成分也变了；气氛炉把炉膛里的空气抽走，换成氩、氮、氢或者它们的混合气，样品在惰性或者还原的环境里受热，表面才保得住。所以一台气氛炉，一半的本事在炉膛结构，一半的本事在换气这一套管路上：真空泵、阀门、流量计、尾气处理，一样都少不得。所以买炉子的时候，问的不该是高到温度多少，而是这台炉子能把氧降到多少、能通几种气；这两样写进协议，才经得起验收。

换气的过程有讲究。先把炉膛抽到负压，把里面的空气抽掉大半，再充进惰性气体，充到微正压，让炉膛里的压力始终比外面高一点点，外面的空气就进不来；一次不够，抽充两三次，氧含量才能降到几百个百万分之一以下。这个过程急不得，抽得太快，炉膛里的粉料会被带走，充得太猛，气流直冲样品。恒美智造在管路上加了缓冲罐与限流阀，抽充的速度能调，粉料不会被吹起来。微正压这个词听着小，实际是整套换气工艺的核心，压不住，前面的抽充都白做；恒美智造在出气口留了水封，压力一低就看得出来。

还有一层是尾气。通进去的气总要出来，出来的气里有反应产物，有的有毒，有的可燃气，不能直接排在屋里。氮与氩可以直接排到室外，氢气必须点燃或者稀释，一氧化碳要烧掉，含硫的要过吸收液。这一套在采购时容易被忽略，装好才发现屋里味道大，只能再加一套尾气处理。恒美智造在方案里把尾气管路一起算进去，用户不必事后补，也不用为了一根排气管再停一次炉。尾气处理的钱不多，一套几千块，可它决定这炉子能不能放在实验室里用；放在通风柜里也能凑合，可柜门一开，炉膛温度就不稳。

表1 一炉气，四段因果

注：四段里换气容易被省，省一次换气，后面三段都白做，出炉的件表面总有一层。

二、三件事决定一炉的成败：密封、流量、升温曲线

密封是前提。炉管的法兰、炉门的压紧、热电偶的插入孔、进出气的接头，每一处都可能漏。密封不好，氧含量下不来，充多少气都白搭，看着流量计在走，其实气从缝里跑掉了。检验的办法很土：关掉进气，抽到负压，看表能不能保住半小时；保不住就找漏点，用肥皂水一处一处试，试出来的地方换 O 圈、紧卡箍、抹真空脂。恒美智造在交付时带一支真空脂与一副备用 O 圈，用户自己就能处理小漏；小漏不必等工程师，等来的那几天够烧好几炉。

流量是第二件。流量小了，炉膛里的气换不干净，反应产物积在里面，样品表面发暗；流量大了，热带走得多，炉膛上下温差变大，气也费。合适的流量按炉膛容积算，一小时换几倍体积，具体几倍看工艺，一般三到十倍。恒美智造在流量计上标了刻度，用户照着调，不必自己算；流量计前面还加了稳压阀，气瓶压力降下来，流量也不跟着掉。流量计的读数要记在炉次记录上，流量漂了，头一眼就能看出来；很多废品追到末了，都是流量悄悄变了。

升温曲线是第三件。升温速率太快，样品内外温差大，薄片会翘，压坯会裂；太慢，晶粒长得粗，性能上不去。曲线还要配发热体的脾气：硅钼棒在四百到七百摄氏度之间容易氧化，这一段要快过；硅碳棒用久了电阻变大，同样的功率升不到原来的温度，曲线就要跟着改。恒美智造在交付时按用户的工艺存一条曲线，先照着烧三炉，三炉都对了再放量。曲线写得越细，复现起来越容易；写得粗，下一炉全靠手感，换一个人就烧出另一个结果。恒美智造交付时按工艺存好曲线，编号写在炉门上。

表2 密封、流量、曲线，三件事各管一段

注：三件事里密封是地基，密封不严，流量开多大都补不回来，只是多烧气。

三、1200 度、1400 度、1700 度，三档发热体三套脾气

一千二百度用铁铬铝电阻丝，便宜、韧性好、断了能接，缺点是怕水汽，气氛里水分多，丝的寿命就短；一千四百度用硅碳棒，升温快、高温强度好，缺点是会老化，用几百小时之后电阻往上走，同样电压下功率变小，升不到原来的温度；一千七百度用硅钼棒，高温下很稳，缺点是低温脆，四百度以下不能受力，四百度到七百度之间要快过，不然表面氧化，越用越细。三档的价钱差得多，选之前先想清楚常用温度，别为偶尔一炉的高温多花钱；多花的那笔钱，几年都省不回来。

三档的差别不只是发热体。一千七百度的炉膛要用高纯氧化铝或者氧化锆纤维，普通纤维在高温下收缩、掉渣，掉下来的渣落在样品上就是缺陷；一千四百度的炉膛可以用多晶氧化铝纤维；一千二百度的炉膛用普通硅酸铝纤维就够。炉膛材料一换，价格跟着换，一台一千七百度的炉子，价钱能顶上三台一千二百度的，这一点在比价时要分开看。炉膛材料还要看掉不掉渣，掉渣的炉膛，样品表面永远做不干净；掉下来的渣落在件上，就是一个坑，抛也抛不掉。

选温度档的原则是够用就好。常用的温度是多少，就选高一档的炉子，比如常用一千一百度，选一千二百度；常用一千三百度，选一千四百度。留一档余量是为了发热体不长期满负荷，寿命长；留太多档就是浪费，一千七百度的炉子烧一千二，发热体与炉膛都贵，气也费。恒美智造在选型时会问一句常用温度，问清了才报型号，不问就报，报出来的多半偏大。恒美智造报型号时会把常用温度写在报价单上，写下来，用户自己也好核；核一遍，免得买回去才发现档位不对。

表3 三档温度，三种发热体

注：三档的价钱差得远，差的不只是发热体，炉膛材料、控温段数、变压器都跟着换。

四、箱式与管式，炉膛形状决定能干哪种活

箱式炉膛是一个方盒子，装得多，可以放坩埚、承烧板、多件同烧，适合批量；缺点是换气慢，方盒子有死角，气流不容易扫到每个角落，抽真空也要久一些。管式炉膛是一根圆管，气流从一头进、另一头出，直穿而过，换气快、气氛纯；缺点是装得少，管子内径就那么点，件大了进不去。两种炉型各有各的活，选错了不是不能用，是用起来别扭。箱式炉膛还有一个好处是能放异形件，管式炉膛只认圆柱范围里的件；件形状怪的，只能走箱式这一路，绕不过去。箱式气氛炉这个叫法指的是方盒子这一种，气氛两个字管的是炉膛里的气，箱式管的是炉膛的形状，两件事分开看才不混。

管式还分卧式与立式。卧式装卸方便，长件横着放，两头开口，一端进气一端出气；立式占地小，长件垂直悬挂，受热更均匀，可装卸费事，要吊装。选哪一种看件：片状、粉状用卧式，棒状、丝状用立式，两头都要开口气流才顺。立式的另一个好处是样品不接触炉管底部，不会被炉管上的碎屑污染。立式炉还要注意密封，管子竖着装，法兰在上，装卸时容易碰坏 O 圈；碰坏一次，通进去的气就白通了，样品也跟着废。

恒美智造这一档两种都做，管式有 HM-4-12C 这样的常规款，炉管八十毫米、加热区四百四十毫米，四千瓦，一万三千八，做小件、做气流试验都够用；箱式从一百见方的一千瓦，到三百见方、四百见方的九千瓦、十六千瓦，按装炉量往上走。用户常问选哪种，答案在件上：件小、要多换气，选管式；件大、要装多，选箱式。两种炉型的价差不多，差在炉膛；先定件，再定额度，顺序别反，反了就要改配置，改了配置又要重新等货。

表4 六个型号，六种炉膛

注：型号里的头一个数字是功率，随后是温度档，管式炉的字母是管径，看型号就知道大概。

五、从六个型号看六种炉膛

型号里含着参数。箱式的写法是功率加温度档，HM-6-12 就是六千瓦、一千二百度，HM-9-17 是九千瓦、一千七百度；管式的写法是加热区长度加温度档再加管径字母，HM-4-12C 是四百四十毫米加热区、一千二百度、八十毫米管径。看懂这个规律，看型号就知道大概，不必每次都翻样本，也不容易被报错型号。型号看懂之后，跟厂家对话就快了，说一个型号，对方就知道你要什么；说不清型号，就要来回报参数，报一遍错一遍。

同一档里，炉膛越大，功率越大。一百见方的箱式炉一千瓦就够，三百见方的要六千瓦，四百见方的要九千瓦，一千七百度的四百见方要十六千瓦，还要三相电。功率不够，升温慢，到了高温段上不去；功率太大，小炉膛控温容易过冲。所以功率与炉膛是配好的，不要自己改，改了这一头，那一头就出问题。选功率还要看电容，十六千瓦的炉子，老厂房可能要单独拉一路线；拉线要报批，工期又推半个月，一推就误了开题。

恒美智造这一档从 HM-1-12 到 HM-9-17，从管式到箱式，覆盖一千二、一千四、一千七三个温度档；用户按件与温度选，选完再看要不要真空、要不要多路气。型号只是入口，配置才是内容，同一型号可以配不同的法兰、不同的流量计、不同的尾气处理，配完的价差能有两成。配置加一项，交期就长一周，赶进度的时候要把这一条算进去；算漏了，开题那天开不了炉，后面全乱。

六、六种常见的废品，六种炉子上的原因

头一种是表面发黑，多数是换气不彻底，炉膛里还剩氧，样品在升温段就氧化了；第二种是表面有麻点，多是炉膛掉渣，纤维或者耐火材料的老化碎屑落在样品上；第三种是件开裂，多是升温太快，内外温差大，收缩不一致。这三种都与炉子有关，前两种查气与炉膛，第三种查曲线。这三种废品都能在炉次记录里找到线索，回去翻一翻，多半能对上；恒美智造在售后单上把这三条列在头三行，先自己排一遍。

第四种是颜色不均，一边深一边浅，多是炉膛温度不均，靠近发热体的地方高、中间低；第五种是硬度不够，多是保温时间短或者温度没到，实际温度比显示低几十度；第六种是出炉后变色，多是降温段停了气，炉膛回氧了。后三种里，第四种靠多点控温解决，第五种靠校准热电偶，第六种靠把降温段的气写进程序。多点控温不是加几支热电偶就行，仪表要能按几路的结果分配功率；分配不了，那几支偶也只是看着，温差照样在。

六种废品排下来，会发现炉子本身的问题只占一半，另一半是操作与工艺。所以出了废品先别换炉子，先按这六条对一遍：气换了没有、炉膛干净不干净、曲线对不对、温度准不准、降温有没有停气。对完再谈修，多数时候不用修，改一改操作就好。恒美智造在售后里把这张单子印成一页纸，用户贴在炉子旁边，出问题照着走。这一页纸上还留了空白，用户自己遇到的废品可以往上填，填满再换一张；填到第三张，就知道自家炉子的脾气了。

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www.hmdzkj.cn

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