1. Giới thiệu
Sự tiến bộ của khoa học vật liệu hiện đại, kỹ thuật luyện kim và hóa học trạng thái rắn gắn liền chặt chẽ với sự phát triển của thiết bị xử lý nhiệt tinh vi. Nhiệt độ cao lò ống chân không là công nghệ nền tảng trong các lĩnh vực này, cung cấp môi trường có khả năng kiểm soát cao cho nhiều quy trình quan trọng như thiêu kết, ủ, phát triển tinh thể và lắng đọng hơi hóa học. Bằng cách tích hợp khả năng tạo nhiệt độ cao chính xác, khả năng chân không và kiểm soát khí quyển vào một hệ thống duy nhất, loại lò này cho phép các nhà nghiên cứu và kỹ sư thao tác các đặc tính vật liệu ở cấp độ vi cấu trúc với độ chính xác và độ lặp lại vượt trội. Tính linh hoạt của nó khiến nó trở thành một công cụ không thể thiếu trong các phòng thí nghiệm đại học, viện nghiên cứu và phòng R&D công nghiệp tập trung vào việc phát triển vật liệu mới và tối ưu hóa các quy trình tổng hợp.
2. Thiết kế kỹ thuật và đặc điểm kiến trúc
Hiệu suất cốt lõi của lò được xây dựng dựa trên kiến trúc mạnh mẽ và được thiết kế chu đáo. Hệ thống sưởi ấm sử dụng các thanh gia nhiệt molypden disilicide (MoSi2) có độ tinh khiết cao, nổi tiếng với khả năng chống oxy hóa và độ ổn định tuyệt vời ở nhiệt độ khắc nghiệt. Điều này cho phép hoạt động liên tục ở nhiệt độ lên đến 1700°C, với khả năng chịu nhiệt tối đa ngắn hạn là 1750°C.
Thân lò được thiết kế vỏ thép hai lớp với hệ thống làm mát bằng không khí tích hợp. Phương pháp quản lý nhiệt tiên tiến này đảm bảo nhiệt độ bề mặt bên ngoài luôn dưới 55°C, tăng cường an toàn vận hành và cho phép lắp đặt thiết bị trong môi trường phòng thí nghiệm tiêu chuẩn mà không cần yêu cầu làm mát đặc biệt.
Trái tim của lò là buồng đốt, được chế tạo từ vật liệu cách nhiệt sợi nhôm đa tinh thể độ tinh khiết cao. Vật liệu này có khả năng chịu nhiệt vượt trội, giảm thiểu thất thoát nhiệt và cải thiện hiệu suất năng lượng. Một đặc điểm nổi bật là lớp phủ nhôm chuyên dụng độ tinh khiết cao (chịu được nhiệt độ lên đến 1750°C) trên bề mặt bên trong buồng đốt. Lớp phủ này hoạt động như một bộ phản xạ hồng ngoại hiệu quả cao, chuyển hướng nhiệt bức xạ trở lại vùng gia nhiệt trung tâm và ống làm việc, nhờ đó cải thiện độ đồng đều nhiệt và hiệu suất gia nhiệt, đồng thời bảo vệ lớp lót cách nhiệt và kéo dài tuổi thọ của lò.
Kích thước ống làm việc tiêu chuẩn là đường kính ngoài 60 mm và chiều dài 1000 mm, cung cấp vùng nóng có thể sử dụng rộng khoảng 290 mm. Để đảm bảo nhiệt độ đồng đều tối ưu và bảo vệ các phớt chân không, điều cần thiết là phải sử dụng các vách ngăn nhôm ở cả hai đầu của ống làm việc trong quá trình vận hành. Lò được trang bị hệ thống phớt chân không, bao gồm các mặt bích bằng thép không gỉ tiêu chuẩn, đồng hồ đo áp suất cơ học và van ngắt có độ chính xác cao. Một bơm cơ học cánh quạt quay kép được sử dụng để đạt được mức chân không cơ bản lên tới 10⁻³ Torr. Đối với các quy trình yêu cầu điều kiện chân không cực cao (ví dụ: <10⁻⁵ Torr), hệ thống có thể được cấu hình với các giai đoạn bơm bổ sung, chẳng hạn như bơm khuếch tán hoặc bơm phân tử tuabin.
3. Kiểm soát nhiệt độ chính xác và khả năng lập trình
Quản lý nhiệt độ chính xác và đáng tin cậy là tối quan trọng. Hệ thống sử dụng cặp nhiệt điện loại B (PtRh-PtRh), lý tưởng cho các phép đo nhiệt độ cao trên 1600°C nhờ độ ổn định và độ chính xác cao. Cảm biến này được kết hợp với bộ điều khiển nhiệt độ PID (Tỷ lệ-Tích phân-Đạo hàm) 30 đoạn lập trình tinh vi. Sự kết hợp này mang lại độ chính xác điều khiển đáng kể ±1°C, cho phép tạo các cấu hình nhiệt phức tạp với nhiều giai đoạn tăng dần và ngâm.
Để đảm bảo tính toàn vẹn của quy trình và bảo vệ các thành phần của lò, tốc độ gia nhiệt được khuyến nghị như sau: ≤10°C/phút ở nhiệt độ dưới 1400°C, ≤5°C/phút ở nhiệt độ giữa 1400°C và 1600°C, và ≤2°C/phút ở nhiệt độ trên 1600°C. Khả năng lập trình này rất cần thiết cho các ứng dụng tiên tiến như kết tinh có kiểm soát, ủ gradient và phản ứng tổng hợp nhiều bước, trong đó lịch sử nhiệt chính xác ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính vật liệu cuối cùng.
4. Hướng dẫn về quy trình và an toàn vận hành
Vận hành an toàn là một khía cạnh quan trọng trong thiết kế lò nung. Việc tuân thủ nghiêm ngặt các giới hạn áp suất là cần thiết; áp suất bên trong ống làm việc không được vượt quá 0,02 MPa. Khi nạp khí từ bình áp suất cao, bắt buộc phải có van giảm áp được hiệu chuẩn chính xác (phạm vi khuyến nghị: 0,01-0,1 MPa) để kiểm soát lưu lượng khí chính xác. Lưu lượng khí thường nên được giới hạn dưới 200 cm3 tiêu chuẩn mỗi phút (SCCM). Điều quan trọng là, nếu van nạp và van xả khí bị đóng trong quá trình gia nhiệt, áp suất bên trong phải được theo dõi liên tục. Van xả áp an toàn phải được kích hoạt ngay lập tức nếu áp suất vượt quá ngưỡng an toàn để ngăn ngừa các nguy cơ tiềm ẩn như vỡ ống.
Lò nung có kích thước tổng thể nhỏ gọn 1350 mm (D) × 520 mm (R) × 780 mm (C) và trọng lượng tịnh khoảng 150 kg. Bảo hành tiêu chuẩn bao gồm một năm cho thiết bị chính với hỗ trợ kỹ thuật trọn đời, không bao gồm các vật tư tiêu hao như bộ phận gia nhiệt, ống thạch anh hoặc ống nhôm oxit, và chén nung mẫu.
5. Phổ ứng dụng rộng rãi
Tính linh hoạt của lò ống chân không này làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghiệp:
Nghiên cứu luyện kim: Ủ, giảm ứng suất và xử lý nhiệt các hợp kim kim loại và hợp chất liên kim để nghiên cứu chuyển đổi pha và tăng cường các tính chất cơ học.
Xử lý gốm tiên tiến: Thiêu kết gốm oxit, nitrua và cacbua để đạt được mật độ cao và kiểm soát sự phát triển hạt, rất quan trọng cho các ứng dụng về cấu trúc và chức năng.
Tổng hợp vật liệu: Tổng hợp các hợp chất vô cơ mới, vật liệu nano (ví dụ: ống nano, dây nano) và phản ứng trạng thái rắn trong điều kiện khí quyển được kiểm soát.
Nghiên cứu về chất bán dẫn và điện tử: Lắng đọng hơi hóa học (CVD) của màng mỏng, quy trình pha tạp và xử lý nhiệt các tấm bán dẫn trong môi trường trơ hoặc khử.
Khoa học xúc tác: Kích hoạt, tái tạo và xử lý trước các chất xúc tác không đồng nhất trong khí quyển cụ thể để điều chỉnh khả năng phản ứng và độ chọn lọc bề mặt của chúng.
Giảng dạy học thuật và nghiên cứu cơ bản: Hoạt động như một công cụ cốt lõi cho nghiên cứu sau đại học và sau đại học trong các khoa vật lý, hóa học và khoa học vật liệu, tạo điều kiện cho việc thử nghiệm thực tế về các hiện tượng nhiệt độ cao.
Chân không nhiệt độ caolò ốngđại diện cho một công nghệ trưởng thành nhưng không ngừng phát triển, đóng vai trò quan trọng trong việc mở rộng ranh giới nghiên cứu và phát triển vật liệu. Khả năng cung cấp môi trường nhiệt độ cao chính xác, ổn định và linh hoạt trong điều kiện chân không hoặc khí quyển được kiểm soát khiến nó trở thành một tài sản thiết yếu cho bất kỳ phòng thí nghiệm nào tham gia vào khoa học và công nghệ tiên tiến. Khi nhu cầu về vật liệu mới với các đặc tính phù hợp ngày càng tăng, những khả năng mà các lò nung này mang lại sẽ vẫn đóng vai trò trung tâm trong đổi mới sáng tạo trong các lĩnh vực từ lưu trữ và chuyển đổi năng lượng đến hàng không vũ trụ và công nghệ nano.
