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摘要 真空设备一般除了要求具有高功率外还要求具有高牢靠性,密封功用是影响 真空设备牢靠性的最重要要素之一。高梯度定向凝结设备通过一系列的相关部件 来确保其真空环境,而真空及其密封性的好坏,对工艺操控,产品的质量都有着 直接的影响。考虑密封性对真空定向凝结炉的重要影响,本文依据5Kg真空定 向凝结炉的规划项目,首要完结以下几点规划内容: (1)剖析研讨真空密封技能各种密封办法、运用场合及各自优缺陷。 (2)剖析研讨真空熔铸设备中密封结构的技能要求和特征参数。确认定向凝 固设备的全体结构。 (3)针对高梯度定向凝结设备的法兰、炉门和电极三个要害部件的不同结构 特征,并考虑密封资料、结构特色和机械加工精度的要求,分别对其并进行密封 规划与研讨。 要害词 真空设备 密封技能 定向凝结炉 法兰密封 炉门密封 电极密封 Abstract Vacuumdevicestypicallyrequirehighefficiencyinadditiontothings,require highreliabilityandsealingperformanceofthevacuumequipmentreliabilityisoneof themostimportantfactor.Highgradientdirectionalsolidificationequipmentthrough aseriesofrelatedcomponentstoensureavacuumenvironment,andthevacuumseal isgoodorbadand,ontheprocesscontrol,productqualityhaveadirectimpact. Considerthedirectionalsolidificationfurnaceofvacuumsealingtheimportant influenceof5KgBasedonthedesignofthevacuumdirectionalsolidificationfurnace project,designedprimarilytocompletethefollowing: (1)analysisofthevacuumsealtechnologyofsealingforms,applicationsand theirrespectiveadvantagesanddisadvantages. (2) analysisofsealedvacuumcastingequipmenttechnicalrequirementsand featuresofthestructureparameters.Directionalsolidificationequipmenttodetermine theoverallstructure. (3)highgradientdirectionalsolidificationequipmentfortheflange,door,and thethreekeycomponentsofthedifferentelectrodestructure,andconsiderthesealing material,structuralcharacteristicsandtherequirementsofprecisionmachining, respectively,andsealeditsDesignandResearch. keywords:VacuumEquipment,SealingTechnology,Directionalsolidification furnace,FlangeSeal,FurnaceDoorseal,Electrodesealed 1 目 录 榜首章 序言………………………………………………………………………….1 1.1 前沿1 1.2 线高梯度定向凝结设备5 1.4.2密封特色及难点6 1.4.3本文规划内容7 第二章 高梯度定向凝结炉结构规划 ………………………………………………8 2.1定向凝结技能8 2.2 高梯度定向凝结设备结构9 2.3密封特色及难点11 第三章 真空密封技能……………………………………………………………..12 3.1 动密封和静密封12 3.2 线 添加线 第四章 高梯度定向凝结炉要害部件的密封性规划……………………………..16 4.1 法兰密封规划16 4.1.1法兰密封面常见的几种办法16 4.1.2 法兰密封计划及比照剖析18 4.1.3 法兰密封资料及加工精度要求19 4.1.4 法兰密封规划过错!未定义书签。 4.2 电极密封规划过错!未定义书签。 4.2.1 电极密封的具体要求过错!未定义书签。 4.2.2 电极密封计划及比照剖析过错!未定义书签。 4.2.3 电极密封资料及加工精度要求过错!未定义书签。 4.3 炉门密封规划过错!未定义书签。 4.3.1 炉门压紧安排规划过错!未定义书签。 4.3.2 炉门密封规划过错!未定义书签。 第五章 总结…………………………………………………………………………错 误!未定义书签。 参考文献…………………………………………………………………………….错 误!未定义书签。 2 榜首章 序言 1.1 前沿 真空处理技能开展到今日不过刚刚走过几十年的前史,但因为真空处理技能 具有传统工艺无法比拟的优越性,自诞生以来,得到了迅猛的开展。我国线 通过 多年的开展,已构成了类别完全结构完好的工业体系,肩负起对国民经 济各范畴进行技能装备的重担。多年来,职业企业通过技能引进、技能改造和合 资协作等办法,使企业办理水平、技能水平和产品质量都有明显的前进。从产品 产值、品种、规范和质量上,根本都能满意国民经济各部门和人民生活各方面的 需求。现在,真空技能已广泛用于航空航天、机械电子、有色金属、稀土永磁、 工艺饰品、医药制药等各行各业。能够说,真空技能开展到今日已经是无处不在 了,跟着科学技能的前进真空处理水平的不断完善与开展,线] 世纪最具潜力技能之一 。 真空设备一般除了要求具有高功率外还要求具有高牢靠性,密封功用是影响 真空设备牢靠性的最重要要素之一。一般在作业中,真空设备是要求具有十分高 的密封性,对漏气率有严厉约束,不然,将会对真空设备自身的电、热功用发生 重要影响,影响设备的作业功率,乃至构成安全事故。因而,在真空设备的规划 中,使设备具有杰出的密封性已成为了衡量设备功用的一个重要方针,为了前进 设备的密封功用,就需求在规划中对设备的要害联接部分进行全面的密封性设 计。 1.2 真空设备及运用 真空设备依据运用职业的不必能够分为锻炼真空设备、热处理真空设备、电 力真空设备、电子真空设备、食物加工真空设备等。而总体上,依据真空运用方 式的不同能够分为三类,即真空取得设备、真空运用设备和真空检测仪器。 真空取得设备也称真空泵,是指通过运用机械、物理和化学的办法直接抽去 特定空间内的气体在必定的空间规模中发生真空环境的设备。真空泵的首要参数 有:极限真空度(极限压力)、抽气速率、最大排气压力、作业压力规模、抽气量 等。根本上它可分为机械真空泵和喷发真空泵两大类。机械真空泵又分为往复式 和旋转式两种。往复式真空泵为干式设备,不答应液体进入,功率和真空度都较 高,但结构杂乱,修理不便利,首要运用于蒸腾设备中。旋转式真空泵有水环式真 空泵、纳西泵和旋片泵三种,结构较简略,功率高。喷发真空泵首要作业办法是 通过将真空室的气体喷出而构成真空环境,这种泵结构简略,中小型厂均可自行 设备,运用很广。真空取得设备首要运用于制冷设备抽气,冶金炉、热处理炉、 包装机械、电工产品处理设备、空间设备风洞等大型抽气体系、电子产品排气系 1 统、化工机械、镀膜机等。 真空运用设备是指需求运用真空环境来完结作业意图的设备,这些设备往往 都需求通过真空环境来确保设备的正常作业和作业功用。真空运用设备在化工、 食物、锻炼、热处理等场合运用广泛,如化工和食物职业中的真空过滤、真空干 燥、真空精馏、真空蒸腾、冷冻干燥、真空浸渍,真空在机械工业中也得到了广 发运用,如真空浸透、真空热处理、真空离子氮化、真空烧结、真空镀膜等。在 冶金工业中有真空锻炼等。 真空检测仪器是指用于检测作业环境是否满意设备作业的真空要求或运用 真空环境检测来完结其他检测意图的仪器,如薄膜式真空计、肯定压力规、专用 真空实验台、氦质谱检漏仪等。 1.3 真空密封技能开展及运用 不论哪种办法的真空设备,只需设备结构之间或设备与真空体系之间有相对 运动,就存在确保设备结构之间及设备与真空体系之间的牢靠密封的问题。 真空体系由真空容器和真空机组所组成,对真空体系所用的资料及组成真空 体系的零部件都有必定的特别要求。真空资料分为结构资料、绝缘密封资料及真 空油、脂三大类。真空常用的结构资料有低碳钢、不锈钢个、黄铜、铅及铅合金。 真空密封的法兰垫片常用金属,对低真空,一般金属即可,但在超高真空时,由 于一般金属和非金属资料均会开释气体,损坏高真空,因而常用宝贵金属,如金、 银等。绝缘密封资料首要指陶瓷、橡胶、塑料、云母。陶瓷和云母首要用于电真 空器材,橡胶有丁晴橡胶、异丁晴橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶等。塑料首要是聚四 氟乙烯。真空体系中所运用的油脂资料有挑选泵油、蒸汽喷发泵油等。 真空的取得是与密封分不开的特别是旋转轴动密封技能是约束真空设备性, , 能的重要技能环节之一。曩昔因为无牢靠的转轴动密封技能,密封办法多种多样, 如选用橡胶密封圈;选用端面静密封加电机密封罩;或许做成内藏式结构,将驱动 电机与被驱动设备如电扇、风机 悉数置于密封作业胶体内。实践上后两者实质( ) 是相同的:驱动电机与真空腔相通。其丧命缺陷是通电导体在必定真空度条件下 易发生真空放电,损坏设备,并且电机体系在真空条件下开释出来的物质简略污染 真空环境影响设备功用。至于橡胶密封的缺陷更是清楚明晰 因触摸磨损运用寿, , 命极短,牢靠性差,易发生磨损粉尘、污染环境、替换修理作业量大等,都是线] 备丧命的缺陷 。 针对以上各种密封技能所存在的确认,在真空设备的密封性技能方面,许多 学者都做了相应的研讨,针对不同的真空设备提出了许多新的密封办法。 [3] 金建华 等针对罗茨泵的漏油问题,剖析了罗茨真空泵输入端的内部密封和 外部密封问题,并指出密封失效的三个重要原因:①轴的偏疼会引起油封刃口的 2 周期跳动,损坏油封的密封性;②轴套或转子轴外表质量对密封功用的影响;③ 油封径向压力的影响。并用密封座结构,将两个油封一同设备在一个密封座内, 密封座设备在端盖内这种结构简略紧凑削减了轴的伸出量设备、修理便利还有, , , , 一个最大的长处是能够选用一次性定位设备确保轴与密封座内孔的同轴度。然后 前进了密封功用。在文章中他指出影响罗茨泵密封的原因是杂乱的,触及产品设 计、加工工艺、加工进程操控、外购件选购、设备办法和产品防护等既有技能, 因 ,也有办理要素。密封失效是各种影响要素的归纳成果。要前进密封效果,必 须采纳体系的办法,进行归纳治理,企业内部应树立内部质量办理体系,特别是对 影响密封的要害进程和技能及办理要素进行充沛识别对各个进程进行有用操控, , 并继续改善。只要这样,才能够继续确保产品的密封质量。 王普毅[4]等研讨了真空电弧炉真空体系与炉室衔接处的动密封结构、原理 及其核算办法,针对国内真空电弧炉中大部分选用刚性结构来密封存在的问题, 在炉体抽气口与真空体系之间运用特别密封圈,使其有必定的补偿量,并通过计 算剖析,验证了这种办法的牢靠性。 [5] 梁志华 等研讨了磁流体密封在真空设备中的运用状况及最新开展,在他的 研讨中指出,橡胶密封的缺陷更是清楚明晰,因触摸磨损运用寿数极短,牢靠性差, 易发生磨损粉尘、污染环境、替换修理作业量大等,都是真空设备丧命的缺陷。 -5 2 转轴磁流体密封技能 因为无触摸磨损、且磁液蒸腾量在, 10 g/cmh 以下因而其, 运用寿数长、牢靠性高、转轴冲突转矩小、功耗小、无磨损粉尘、环境清洁、维 修作业量极小是真空设备转轴完结零走漏最佳的密封技能。磁流体密封的技能核 心包含两个方面一是适合密封运用条件的磁流体的制备二是密封设备的结构与: ; 磁场的规划与制作。 [6] [7] 裴宁 也研讨了磁流体密封技能及其运用,曹红蓓 针对捏合机上遍及选用 的填料密封及机械密封的缺乏,规划了一种磁流体密封设备,实验成果表明,密 封设备运用在大轴径、高转速的捏合机上,密封功用杰出,且温升较小。 [8] 曾大富 等介绍了MEMS传感器的几种线)全体线) 部分真空密封; 硅直接键合 制备自关闭真空密封; 外表微机械加工制 备线)先制得恰当的真空,然后运用吸气剂完结真空度操控。并针对传 感器的可动结构提出了一种部分真空密封办法,它是在真空条件下选用硅啵璃键 合办法,完结部分真空密封维护传感器的可动结构。 赵近谊[9]研讨了真空炉密封结构的改善技能,为了确保真空炉的作业真空 度,削减真空走漏,设备在炉体上的附件如进电极、热电偶导出设备都规划了密 封结构,但该密封结构在设备和运用等方面都存在必定问题。并对进电极密封结 构和热电偶密封结构进行了改善。 3 肖青[10]等针对在机械设备的规划中,经常会遇到法兰密封的问题。一般情 况下,通过螺栓压紧法兰密封垫片即可完结密封。在规划O形环和密封槽时,其关 键的问题是走漏率的核算,在其研讨中,对密封的走漏率核算做了具体剖析,确 定所选用的O形环密封具有杰出的密封效果。 李专[11]等结合出产实践,论说了现在聚醋工业中各类真空密封的功用、结 构特色及真空检漏的规范操作与要求,并从改善真空结构规划、前进密封牢靠性. 以及体系升温、热紧固与检漏办法等方面进行了有利的讨论。剖析了常见的静密 封办法——金属垫密封(包含金属平垫、齿形垫、椭圆垫和环绕垫等)、法兰唇焊 0 ( ) 密封、橡胶 型环密封、卡环式密封等以及动密封机械密封,填料密封等 各自 的优缺陷。 王波[12]等关于一种航天高真空结构橡胶密封圈,通过用数值模仿的办法, 70 23 -70 剖析核算了在高温 ℃、常温 ℃以及低温 ℃时密封结构的压紧力以及橡胶 密封圈的变形状况,得到密封圈橡胶资料的密封系数,并据此核算了密封圈在3 种温度时的走漏率。 [13] 蒋道满 等针对真空法兰密封结构规划要求,规划了真空橡胶密封抗流结 构波导法兰。 李留臣[14]等研讨了人工晶体成长设备真空体系的优化规划,在其研讨中指 出,真空体系规划的好坏,直接影响着晶体成长设备的成功与否,而前进真空系 统的密封性,下降真空体系的漏气率是前进真空功用的首要办法。并扼要论述了 前进真空体系的密封性和下降漏气率的一些办法,包含真空体系规划中的结构设 计、密封办法的挑选、密封原料的选用等,提出了一种新式的静密封结构,然后 前进了真空体系的密封功用。 依据真空密封技能的研讨现状剖析,添加密封功用的首要办法有四种: 榜首、改善真空体系机械结构 真空体系的结构是影响真空体系密封性和体系漏气率的要害,真空体系的结 构合理与否,将直接影响体系的密封性和体系的漏气率。在体系结构规划中应注 意以下几点: (1)真空体系内部尽或许地防止呈现小曲率半径的死角、弯角,要圆角润滑 过渡,不留死角,有利于打磨抛光、清洗打扫。 (2)抽暇管道、送气管道等与真空室相衔接的管道,选用圆弧过渡,使气路 四通八达,但要考虑清洗打扫的便利性。 (3)仔细规划真空室内各种衔接件的结构,削减螺纹衔接、销钉衔接、铆钉 铆接,使气路疏通,防止气路阻塞。 (4)打磨抛光真空体系内外表,使其外表亮光如镜,外表越亮光就越不易气 4 体吸附,越简略取得线)尽或许减小真空室的体积,缩短管路体系。 (6)在不影响运用的条件下,可在真空体系内部设置烘烤设备。 第二、挑选适合的密封办法 密封办法可依据所需真空度的凹凸及实践作业需求挑选密封办法,关于人工 品体成长设备,一般需求的线Pa以下,因而,无需选用金属密封。 以TDR-70型单品炉为例,咱们挑选磁性流体密封作为旋滚动密封,挑选高精度 大仲缩量的焊接波纹管进行移动密封,小直径轴的旋转密封选用“O”型密封圈或 “O” 15%~25% 威尔逊密封,各种静密封则选用 型密封圈密封办法,直径紧缩比为 。 第三、挑选适合的密封结构资料 线Pa以下的真空体系,密封资料一般挑选橡胶密封圈即可满意 要求。可是,考虑到实践作业条件的需求,依据不同的运用场合,应选用愈加合 适的密封结构资料。 第四、挑选适合的静密封结构 80 各种真空体系中, %以上的密封为静密封,静密封效果的好坏,对体系的 真空度及漏气率有很大的影响。因而,对静密封结构进行仔细的优化规划,是达 到抱负真空度要求的要害。对静密封结构的优化规划,首要考虑怎么挑选密封槽 的结构、挑选首要密封面、怎么减小残留气体及怎么充沛发挥橡胶密封圈功用。 静密封的安排规划,除了金属密封外,从理论上剖析选用圆弧形密封槽结构对降 低真空体系漏气率最为抱负,但考虑到各种密封体系的实践状况,大多数静密封 结构需选用矩形槽或梯形燕尾槽,这是在密封体系中最常见的结构。 1.4 本文布景及含义 1.4.1高梯度定向凝结设备 定向凝结,是指在凝结进程中选用强制手法,在凝结金属和未凝结金属熔体 中树立沿特定方向的温度梯度,运用合金凝结时晶粒沿暖流相反方向成长的原 理,操控暖流方向,使铸件沿规矩方向结晶的铸造技能[15-18]。定向凝结能得到一 些具有特别取向的规矩安排和优异功用的资料,便于精确丈量安排形状和规范特 [19] 征,因而自它诞生以来得到了敏捷的开展 ,已广泛地运用于半导体资料、磁性材 [20] 料、定向单晶、涡轮叶片以及自生复合资料的出产 。 在定向凝结技能中,取得高质量定向凝结安排的根本条件是坚持凝结界面前 [21] 沿具有较高温度梯度 。依据成分过冷理论剖析,温度梯度和成长速度是影响定 [22] 向凝结进程中晶粒形状挑选的要害因 。因而高的温度梯度是规划定向凝结, [23] 设备的要害技能参数 。而设备在较高的温度梯度下进行较大调速规模运动时, 5 要求运动的平稳性要高。此外,有些合金在高温下极易氧化、蒸腾,整个熔炼及定 向凝结进程需求在真空状况下进行。而高的炉温
1600℃的激烈热辐射还要求炉 体有必要具有水冷结构。 从定向凝结技能的开展进程能够看出,取得高温度梯度和拌和对流强度的基 [24] 来历则可考虑如下几个方面 。 (1)前进凝同界面前沿处熔体的温度以强化输入界面的暖流,可有用前进界 面前沿液相温度梯度。 (2)强化已凝结固相内的散热,前进固/液界面固相侧的温度梯度。 (3)改善高温加热区与冷却区间的隔热,用隔热功用较好的挡板坚持两区间 尽或许高的温度著,可有用地加大界面前沿的液相温度梯度。 (4)在固液界面前沿添加外力的拌和。 依据上述原则,规划要求凝结设备满意以下几点要求及相应的工艺[25-26]。 (1)改动被提纯熔体外部的环境。选用水冷的真空炉室,确保在真空下熔化 保温,以削减熔体外表的氧化吸气。 (2)选用高精度拉伸设备。选用高精度拉伸设备,以取得精确平稳的牵引速 度,促进柱状晶沿成长方向正常成长,确保平界面的安稳,削减不必要的晶界产 生,前进捉纯的功率。 (3)增大温度梯度。加热办法选用双线圈双区感应加热,前进界面前沿熔体 的温度;一起选用旁边面环状及底部结合的强冷办法,在界面前沿发生安稳的大温 度梯度,确保在必定成长速度下晶体以平界面办法成长,把杂质元素最大极限地 排出到界面前沿。 (4)拌和。在晶体成长的一起,运用电磁力对熔体进行充沛拌和,促进排出 [27] 到界面前沿的杂质元素混合到熔体中 。 因而以取得高的温度梯度为意图依据上述原则及工艺要求,新式真空高梯, , 度定向凝结设备应该具有以下几个根本体系:加热体系、抽拉体系、线] 冷却体系、操控体系等 ,各体系间闭环衔接操控。 高梯度定向凝结设备的密封首要需求考虑加热电极的密封、联接法兰的密 封、水冷体系处得动密封等。在动密封处,防止高温文硬质颗粒的落入伸入炉膛 内的杆件需作旋转或轴向运动,故需施以动密封。旋滚动密封选用了磁流体密封 O 技能。法兰部分一般选用了 形环密封的结构办法进行密封。 1.4.2密封特色及难点 高梯度定向凝结设备通过一系列的相关部件来确保其真空环境,而真空及其 密封性的好坏,对工艺操控,产品的质量都有着直接的影响[29-31]。定向凝结设备 的密封一般具有以下几个特色,也是密封规划中的难点: 6 (1) 对密封功用及牢靠性要求高。定向凝结体系除了要具有真空环境以外, 走漏率要求操控住20Pa.L/s 以下,并要有很好的牢靠性,不然,在正常作业中微 小的走漏都或许给出产带来很大的损坏。因而,在规划中一般最大极限地削减密 封点,并在法兰密封上一般选用比如金属齿型垫、金属O形环等高压密封手法, [32] 使密封牢靠性得到确保 。 在动密封处,防止高温文硬质颗粒的落入伸入炉膛内的杆件需作旋转或轴向 运动,故需施以动密封。为了前进籽晶杆、坩埚杆或软轴提拉安排的运动平稳性, 近些年来,旋滚动密封选用了磁流体密封技能,轴向动密封正在实验之中。磁流 80 体的最高作业温度在 % 以下,超越此限即会蒸腾。磁流液中首要含铁元 , 若泄入炉膛对单晶电阻率影响很大。选用波纹管衔接结构,使动密封远离高温区, 有助于前进作业牢靠性,但仍需对其专门通水冷却。在坩埚杆插进口,简略落进 [33] 硅渣等硬质颗粒,构成坩埚杆磨损,下降密封性 。 (2)密封面的作业温度都比较高。因为定向凝结炉在高温环境下作业,这就 对密封原料的选用、加热速度的操控、设备及紧固办法都有一些特别的要求,因 此在规划中需求考虑这些要素的影响,以确保杰出的密封效果。 例如,在水冷结构上应该确保密封圈(垫)作业在答应的温度以下,炉室的静 密封大多选用耐高温的密封圈(垫),但极限运用温度在200%左右,故在机械设 计时需求考虑冷却问题。在单个高温出口 如抽气口上,能够选用软金属 紫铜或( ) ( [34] 铝)密封 。 1.4.3本文规划内容 考虑密封性对真空定向凝结炉的重要影响,本标题依据5Kg真空定向凝结 炉的规划项目,首要完结以下几点规划内容: (1)剖析研讨真空密封技能各种密封办法、运用场合及各自优缺陷。 (2)剖析研讨真空熔铸设备中密封结构的技能要求和特征参数。确认定向凝 固设备的全体结构。 (3)针对高梯度定向凝结设备的法兰、炉门和电极三个要害部件的不同结构 特征,并考虑密封资料、结构特色和机械加工精度的要求,分别对其并进行密封 规划与研讨。 此处省去NNNNN 需求更多更完好的图纸和说明书请联络 秋 3053703061 7 第二章 高梯度定向凝结炉结构规划 2.1定向凝结技能 定向凝结,是指在凝结进程中选用强制手法,在凝结金属和未凝结金属熔体 中树立沿特定方向的温度梯度,运用合金凝结时晶粒沿暖流相反方向成长的原 20 80 理,操控暖流方向,使铸件沿规矩方向结晶的铸造技能。 世纪 年代初,大 野笃美教授将接连铸造与定向凝结相结合,发明晰OCC(OhnoContinuousCasting) 法。OCC法固液界面前沿液相温度梯度较低;并且工艺进程难以操控,特别是对 于下拉法,极易拉漏,因而,北京科技大学在其基础上开发了具有较高的温度梯 度、工艺操控便利、适用于多种合金资料的接连定向凝结办法,并得到了很好的 运用。然后又将真空设备与该工艺相结合,开宣布一种熔炼、提纯、凝结一体, 工艺简略,出产功率高,金属纯净度高的新式真空接连定向凝结办法。定向凝结 能得到一些具有特别取向的规矩安排和优异功用的资料,便于精确丈量安排形状 和规范特征,因而自它诞生以来得到了敏捷的开展,已广泛地运用于半导体资料、 磁性资料、定向单晶、涡轮叶片以及自生复合资料的出产。 在定向凝结技能中,取得高质量定向凝结安排的根本条件是坚持凝结界面前 [21] 沿具有较高温度梯度 。依据成分过冷理论剖析,温度梯度和成长速度是影响定 向凝结进程中晶粒形状挑选的要害要素。因而高的温度梯度是规划定向凝结设, [23] 备的要害技能参数 。而设备在较高的温度梯度下进行较大调速规模运动时,要 求运动的平稳性要高。此外,有些合金在高温下极易氧化、蒸腾,整个熔炼及定向 凝结进程需求在真空状况下进行。而高的炉温
1600℃的激烈热辐射还要求炉体 [35] 有必要具有水冷结构 。 从定向凝结技能的开展进程能够看出,取得高温度梯度和拌和对流强度的基 来历则可考虑如下几个方面。 (1)前进凝同界面前沿处熔体的温度以强化输入界面的暖流,可有用前进界 面前沿液相温度梯度。 (2)强化已凝结固相内的散热,前进固/液界面固相侧的温度梯度。 (3)改善高温加热区与冷却区间的隔热,用隔热功用较好的挡板坚持两区间 尽或许高的温度著,可有用地加大界面前沿的液相温度梯度。 (4)在固液界面前沿添加外力的拌和。 依据上述原则,规划要求凝结设备满意以下几点要求及相应的工艺。 (1)改动被提纯熔体外部的环境。选用水冷的真空炉室,确保在真空下熔化 保温,以削减熔体外表的氧化吸气。 8 (2)选用高精度拉伸设备。选用高精度拉伸设备,以取得精确平稳的牵引速 度,促进柱状晶沿成长方向正常成长,确保平界面的安稳,削减不必要的晶界产 生,前进捉纯的功率。 (3)增大温度梯度。加热办法选用双线圈双区感应加热,前进界面前沿熔体 的温度;一起选用旁边面环状及底部结合的强冷办法,在界面前沿发生安稳的大温 度梯度,确保在必定成长速度下晶体以平界面办法成长,把杂质元素最大极限地 排出到界面前沿。 (4)拌和。在晶体成长的一起,运用电磁力对熔体进行充沛拌和,促进排出 [27] 到界面前沿的杂质元素混合到熔体中 。 2.2 高梯度定向凝结设备结构 以取得高的温度梯度为意图,依据上述原则及工艺要求,新式真空高梯度定 向凝结设备应该具有以下几个根本体系:加热体系、抽拉体系、线] 体系、操控体系等,各体系间闭环衔接操控,如图1.8所示 。 图1.8 高梯度定向凝结设备原理简图 加热体系设备选用双区加热体系结构,意图是使铸件中有严厉的一维暖流,以 1.9 到达液固界面前沿液相中有高的温度梯度,其结构如图 所示。 设备的抽拉体系要完结试样的运送和定向凝结所需的抽拉运动。 炉体内侧设有多层防辐射屏,结晶器、炉体内外壁之间、金属电极等处均使 用循环水冷却循环水选用下进上出的次序 随时带走热量使冷却充沛此办法有, , , , 效地将抗高温能力差的不锈钢外壁、橡胶密封圈与石墨发热体离隔。冷却体系和 [29] 结晶器结构如图2.0所示。其密封是选用动密封办法 。 9 1.9 图 双区加热体系结构示意图 2.0 图 结晶器与冷却体系结构示意图 真空体系选用真空机械泵和高真空油分散泵,抽气速率为8L/s,并装备相应 的真空管道、真空阀门、真空压力计,组成二级真空体系。先用机械泵预抽线 然后用油分散泵抽高真空。 高梯度定向凝结设备的密封首要需求考虑加热电极的密封、联接法兰的密 封、水冷体系处得动密封等。在动密封处,防止高温文硬质颗粒的落入伸入炉膛 内的杆件需作旋转或轴向运动,故需施以动密封。旋滚动密封选用了磁流体密封 技能。法兰部分一般选用了O形环密封的结构办法进行密封。 2.3密封特色及难点 高梯度定向凝结设备通过一系列的相关部件来确保其真空环境,而真空及其 密封性的好坏,对工艺操控,产品的质量都有着直接的影响。定向凝结设备的密 封一般具有以下几个特色,也是密封规划中的难点: (1) 对密封功用及牢靠性要求高。定向凝结体系除了要具有真空环境以外, 走漏率要求操控住20Pa.L/s 以下,并要有很好的牢靠性,不然,在正常作业中微 小的走漏都或许给出产带来很大的损坏。因而,在规划中一般最大极限地削减密 封点,并在法兰密封上一般选用比如金属齿型垫、金属O形环等高压密封手法, [32] 使密封牢靠性得到确保 。 在动密封处,防止高温文硬质颗粒的落入伸入炉膛内的杆件需作旋转或轴向 运动,故需施以动密封。为了前进籽晶杆、坩埚杆或软轴提拉安排的运动平稳性, 近些年来,旋滚动密封选用了磁流体密封技能,轴向动密封正在实验之中。磁流 80 体的最高作业温度在 % 以下,超越此限即会蒸腾。磁流液中首要含铁元 , 若泄入炉膛对单晶电阻率影响很大。选用波纹管衔接结构,使动密封远离高温区, 有助于前进作业牢靠性,但仍需对其专门通水冷却。在坩埚杆插进口,简略落进 硅渣等硬质颗粒,构成坩埚杆磨损,下降密封性。 (2)密封面的作业温度都比较高。因为定向凝结炉在高温环境下作业,这就 对密封原料的选用、加热速度的操控、设备及紧固办法都有一些特别的要求,因 此在规划中需求考虑这些要素的影响,以确保杰出的密封效果。 例如,在水冷结构上应该确保密封圈(垫)作业在答应的温度以下,炉室的静 密封大多选用耐高温的密封圈(垫),但极限运用温度在200%左右,故在机械设 计时需求考虑冷却问题。在单个高温出口 如抽气口上,能够选用软金属 紫铜或( ) ( [34] 铝)密封 。 (3) 需求要点进行密封规划的要害部件。依据高梯度定向凝结炉的结构中可 以确认,对体系全体密封功用有重要影响的部件有三个:炉门密封、法兰密封、 电极密封。因而需求对这三个要害部件进行牢靠的密封性规划,以确保高梯度定 向凝结炉的全体密封功用。 11 第三章 真空密封技能 密封功用是鉴定机械产品质量的一个重要方针。设备中的作业介质或润滑剂 的走漏,会构成糟蹋并污染环境。易燃、易爆、剧毒、腐蚀性、放射性物质的泄 漏,会危及人身及设备的安全;环境中的气体、尘埃、水等进入机械设备内会导 致轴承、齿轮等过早地磨损作废,漏入化工设备内会影响化工产品纯度;流体机 械内部走漏会影响容积功率等。因而,在机械产品规划中考虑密封性的规划是一 个对确保产品功用的重要保障。 3.1 动密封和静密封 密封能够分为相对停止接合面间的静密封和相对运动接合面间的动密封两 大类。 静密封首要有垫密封、胶密封和触摸密封三大类。依据作业压力,静密封又 可分为中低压静密封和高压静密封。中低压静密封常用原料较软、垫片较宽的垫 密封,高压静密封则用资料较硬、触摸宽度很窄的金属垫片。 动密封能够分为旋转密封和往复密封两种根本类型。按密封件与其作相对运 动的零部件是否触摸,能够分为触摸式密封和非触摸式密封。一般说来,触摸式 密封的密封性好,但受冲突磨损约束,适用于密封面线速度较低的场合。非触摸 式密封的密封性较差,适用于较高线速度的场合。在触摸式密封中,按密封件的 触摸方位又可分为圆周(径向)密封和断面(轴向)密封。端面密封又称为机械密封。 非触摸动密封有迷宫密封和动力密封等。前者是运用流体在空隙内的节省效 应限漏,走漏量较大,一般用在级间密封等密封性要求不高的场合。动力密封有 离心密封、浮环密封、螺旋密封等,是靠动力元件发生压头抵消密封两边的压力 差以战胜走漏,它有很高的密封性,但能耗大,且难以取得高压头。非触摸式密 封,因为密封面不直触摸摸,起动功率小,寿数长。假如规划得合理,走漏量也 不会太大。但这类密封是运用流体力学的平衡状况而作业的,假如作业条件发生 改变,就会引起走漏量很大的动摇。并且市场上不能直接购到这类密封件,根本 上都由用户自行规划。 依据密封结构的类型、密封机理、密封件形状和资料等,密封的分类如图 3.1所示。 3.2 真空密封技能 真空联接的密封功用取决于联接处的走漏和真空资料的放气。对任何真空系 统总期望漏、放气量越小越好,但因为漏、放气量与密封办法、密封资料、加工 精度及设备质量等诸要素有关,故在联接处总会存在必定的漏、放气量,因而可 依据真空体系作业的性质、真空室作业应力的凹凸及其出口处抽气速度的巨细提 12 出要求。 密封 静密封 动密封 垫密封 胶密封 填料密封 波纹管 触摸型动密封 非触摸型动密封 非金属密封垫 软填料密封 迷宫密封 非金属、金属组合垫 成型填料密封 离心密封 金属密封垫 浮环密封 油封 螺旋密封 防尘密封 磁流体密 机械密封 封 硬填料密封 全关闭密 封 胀圈密封 图3.1 密封的分类 -5 线 Pa真空规模内广泛运用合成橡胶、环氧树脂和 -7 塑料。当线 Pa 的真空规模内时,这些密封资料就不能运用了, 需求运用超高真空的密封资料如金或铜做垫圈,而真空壳体不能用软钢,需求改 用不锈钢。 超高真空体系内的气体状况是动态平衡状况。体系内的压力极限,一方面与 泵的有用抽速有关,另一方面与来自真空壳体及其内部的零部件的气流量有关。 因虽有体系的有用抽速因为泵有结构尺度和费用等原因,总存在实践约束。所以, 削减气流量就成为到达超高真空状况的根本规划方针,成为挑选超高真空资料的 首要原则。 作为真空体系内部用的资料,要求饱满蒸汽压低,为了削减缓慢解吸和体出 450 气,要求本领 ℃高温烘烤,而不下降机械强度和不发生化学和物理损害。作 为真空体系壳体资料,要求能疏忽气体渗碳,接受得住大气压的压力,烘烤期间 13 耐空气腐蚀和不发生漏气。此外,要求选用的资料,加工制作简略,价廉易得。 -7 关于线 Pa 的超高真空,尽管天然和合成橡胶是抱负的密封圈材 料,弹性好,设备成真空密封后法兰螺栓受力很小,并且能够屡次重复运用。但 因为超高真空体系要求密封圈资料耐250℃烘烤,实践上可供选用的几种橡胶材 料都不能满意要求。真空度更高(即压力更低)的超高真空,则有必要选用金属密封。 3.3 添加真空密封功用的办法 依据真空密封技能的研讨现状剖析,添加密封功用的首要办法有四种: 榜首、改善真空体系机械结构 真空体系的结构是影响真空体系密封性和体系漏气率的要害,真空体系的结 构合理与否,将直接影响体系的密封性和体系的漏气率。在体系结构规划中应注 意以下几点: (1)真空体系内部尽或许地防止呈现小曲率半径的死角、弯角,要圆角润滑 过渡,不留死角,有利于打磨抛光、清洗打扫。 (2)抽暇管道、送气管道等与真空室相衔接的管道,选用圆弧过渡,使气路 四通八达,但要考虑清洗打扫的便利性。 (3)仔细规划真空室内各种衔接件的结构,削减螺纹衔接、销钉衔接、铆钉 铆接,使气路疏通,防止气路阻塞。 (4)打磨抛光真空体系内外表,使其外表亮光如镜,外表越亮光就越不易气 体吸附,越简略取得线)尽或许减小真空室的体积,缩短管路体系。 (6)在不影响运用的条件下,可在真空体系内部设置烘烤设备。 第二、挑选适合的密封办法 密封办法可依据所需真空度的凹凸及实践作业需求挑选密封办法,关于人工 品体成长设备,一般需求的线Pa以下,因而,无需选用金属密封。 以TDR-70型单品炉为例,咱们挑选磁性流体密封作为旋滚动密封,挑选高精度 大仲缩量的焊接波纹管进行移动密封,小直径轴的旋转密封选用“O”型密封圈或 “O” 15%~25% 威尔逊密封,各种静密封则选用 型密封圈密封办法,直径紧缩比为 。 第三、挑选适合的密封结构资料 线Pa以下的真空体系,密封资料一般挑选橡胶密封圈即可满意 要求。可是,考虑到实践作业条件的需求,依据不同的运用场合,应选用愈加合 适的密封结构资料。 第四、挑选适合的静密封结构 80 各种真空体系中, %以上的密封为静密封,静密封效果的好坏,对体系的 真空度及漏气率有很大的影响。因而,对静密封结构进行认线 到抱负真空度要求的要害。对静密封结构的优化规划,首要考虑怎么挑选密封槽 的结构、挑选首要密封面、怎么减小残留气体及怎么充沛发挥橡胶密封圈功用。 静密封的安排规划,除了金属密封外,从理论上剖析选用圆弧形密封槽结构对降 低真空体系漏气率最为抱负,但考虑到各种密封体系的实践状况,大多数静密封 结构需选用矩形槽或梯形燕尾槽,这是在密封体系中最常见的结构。 15 第四章 高梯度定向凝结炉要害部件的密封性规划 依据第二章和第三章对定向凝结炉的结构及真空密封技能的剖析与研讨,高 梯度定向凝结炉中需求进行要点密封规划的结构有法兰联接部分的密封,炉门部 分的密封,以及电极的密封规划。其间法兰密封和电极密封归于静密封,炉门密 封归于动密封,针对三部分的不同结构,本章分别对其进行具体的密封性规划。 4.1 法兰密封规划 4.1.1法兰密封面常见的几种办法 4.1 中、低压法兰常用密封面办法有平面、凹凸面及榫槽面三种。如图 所示。 a 平面法兰 b凹凸面法兰 c榫槽面法兰 图4.1 法兰密封常见办法 1.平面法兰 该种法兰的密封面是一润滑平面,有时也在密封面上车有二条界面为三角形 的同心圆沟槽(俗称水线 (a)所示。 适用于平面法兰的垫片有各种非金属平垫片、包覆垫、金属包垫、环绕式 垫片(可一起带内环或外环或内外环)。因为结构简略、加工便利,便于防腐衬 里的施工,故可在公称压力p<2.45MPa时运用。在0.588MPa压力以下、温度 不高的场所尤为适合,但这种密封面与垫片触摸面积较大 (特别是管道用宽面法 兰),所需压紧力大,设备时垫片不宜定位。预紧后,垫片易向两边扩展或移动。 故如聚四氟乙烯等冲突系数较小的垫片,不宜选用该种密封面。别的,如运用缠 [37] 绕垫片,为了重复运用垫片,密封面上不车制三角槽 。 2.凹凸面法兰 16 该法兰密封面由一凹面和一凸面组合而成,垫片放置在凹面内,如图4.1 (b)所示。其适用的垫片有:各种非金属平垫、包覆垫、金属包垫、环绕垫片 (根本型或带内环的)、金属波形垫、金属平垫、金属齿形垫。 与平面法兰比较,凹凸面法兰中垫片不易被挤出,设备时便于对中,作业压 力规模比平面法兰宽,用于密封要求较严的场合。但关于操作温度高,封口直径 大的设备,运用该种密封面时,垫片仍存在被挤出的或许。例如某换热器,压力 2.45MPa,温度250℃,运用纯铝平垫片。依据表2-2供给的数据,纯铝最高使 用温度为425℃,其密封应该牢靠。事实上,换热器投入作业不久就呈现走漏, 二次紧固后也仅坚持一段时刻。经泊车查看,发现垫片内径发生明显变形。其原 因是纯铝的塑性杰出,250℃时的屈从强度约是常温下的15%,延伸率高达4~5 倍,这就是说在高温下铝垫的压延、蠕变现象严峻。因而垫片和法兰面之间无法 坚持所需求的密封比压,故有必要替换垫片原料或选用榫槽面法兰以及带有两道止 口的凹凸面法兰(如高压密封中,金属平垫所选用的法兰面结构)予以处理。 3.榫槽面法兰 4.1 c 该法兰密封面由一榫槽面和一槽面合作组成,垫片置于槽内,如图 () 所示。适用垫片有:金属及非金属平垫、金属包垫、环绕垫 (根本型)等。与凹 凸面法兰相同,榫槽面法兰在槽中不会被挤出,压紧面积最小 (只要平面法兰和 52 68% 凹凸面法兰的 ~ ),垫片受力均匀。因为垫片与介质不直触摸摸,介质腐 蚀影响和压力机制的浸透影响最小,可用于高压、易燃、易爆、有毒介质等密封 要求严厉的场合。这种密封面垫片设备时对中性好,该密封面加工和垫片替换较 为困难。 4.其他密封面型式的法兰 除以上三种密封面型式以外,还有选用梯形槽密封面,以及配用O形环、 4.2 透镜垫时的特别密封面型式。见图 。 图4.2 其他密封办法 a O O ()为选用橡胶 形圈和金属中空 形环的密封面办法。 (b)为梯形槽密封面,可配金属八角垫和椭圆垫。 (c)为透镜垫密封结构,它用于高压管道的衔接。 17 4.1.2 法兰密封计划及比照剖析 高梯度定向凝结炉归于高真空密封环境,法兰密封一般选用真空橡胶密封 圈进行密封。 计划一、选用 型线 型真空密封圈结构办法如图 所示。 图4.3J型线 型又称为威尔逊密封,设备结构如图 所示,其效果是运用中心凸起并 紧箍在转轴上呈锥形的 型橡胶密封圈。当内部到达真空时,外部大气压力把密J 封圈紧紧地压在旋转轴上然后到达线 J型密封圈的设备结构 1——压紧法兰;2——压套; 3——J型密封圈; 4——密封座; 5——垫圈; 6——传动轴 O 计划二、选用 型线 真空用O型橡胶密封圈结构如图4.5所示,密封的设备结构如图4.6,适用于外部大气 -4 压力、线 pa 的往复运动的真空设备的密封,在规矩的温度下且往复运 动速度低于0.2m/s。真空机械设备其他状况下的密封,也能够选用O形橡胶圈。O型圈规 定作业温度为-25~80℃。 O形橡胶密封圈具有如下的长处: (1)密封部位结构简略,设备部位紧凑,分量较轻。 (2)有自密封效果,往往只用一个密封件便能完结密封。 (3)密封功用较好,用作静密封时简直能够做到没有走漏。用于往复运动时,在往复行 程中密封功用不变,走漏很小, 只在速度较高时才有些走漏。 (4)运动冲突阻力很小,关于压力交变的场合也能习惯。 (5)尺度和沟槽已标示化,成本低,便于运用和外购。 通过比照剖析,本文确认选用计划二的密封结构进行密封规划。 图4.5 O型密封圈结构 图4.6O形密封圈的设备结构 1——压套 ;2——O型密封圈;3——垫圈 4——螺母;5——传动轴 4.1.3 法兰密封资料及加工精度要求 针对计划二确认的法兰密封结构后,需求确认法兰密封的资料及其密封面得 加工要求。 19 (1)资料 为了确保密封设备的密封功用,有必要合理挑选恰当的密封资料。密封资料必 [19] 须有以下根本功用要求 : ⑴弹性好,长期紧缩也不会发生很大的永久变形; ⑵恰当的硬度,能严密贴合于密封副作业面,随机功用好; ⑶机械强度高,由介质引起的强度改变动摇小; ⑷原料细密性好,不渗漏; ⑸耐介质功用好,容积、硬度和分量改变小; ⑹不粘附于密封副作业面,不腐蚀金属; ⑺能广泛运用于各种温度环境,温度改变时,资料功用无明显改变,高温下 不软化、分化,低温下不硬化; ⑻冲突系数小,耐磨性高,不易老化,寿数高; ⑼加工功用好,可取得精确的尺度,制作便利; ⑽价格低廉,选材简略。 可是,任何一种密封资料都不或许一起满意这些条件,所以,有必要依据实践 状况的不同,选用不同的资料。 在挑选O 形圈资料时,要注意考虑到以下几点要素: 1)O 形圈的作业状况 指O 形圈是用于静密封仍是用于动密封,是用在往 复动仍是用在旋转运动中。 2)机械的作业状况 就是指机器是出于接连的作业状况仍是处于断续的工 作状况,并要考虑到每次断续时刻的长短,是否有冲击载荷效果在密封部位。 3)作业介质的状况 作业介质时液体仍是气体,并要考虑到其物理、化学 性质。 4 )作业压力 作业压力的巨细、动摇起伏以及瞬时呈现的最大压力等。 5)作业温度 包含瞬时温度和冷热交变时的温度。 6)价格和来历等。 -3 线 Pa 以下的真空体系,密封资料一般挑选橡胶密封圈即可满意要 求。可是,考虑到实践作业条件的需求(线℃,密封部 位进行水冷后,其温度在80℃左右,单个处温度可达100℃以上)。所以,要选 择比较抱负的密封圈资料。 用于真空密封橡胶资料,除要求具有光亮外表、无划伤、无裂纹外,还要求 有低的浸透率和出气率,杰出的耐热性耐油性,一起要有必定的强度、硬度和弹 性等。 20 表4.1 各种橡胶对空气的浸透功用 各种橡胶资料的首要功用如表4.1一表4.3。氟橡胶是一种具有耐高温、耐 各种介质的密封资料。各种气体在氟橡胶中有较小的分散速度和较大的溶解度, 2 ( 2.6x10-7Pa 透气性很小,如表 所示,在高温、真空中放气速率很低在 的失重 为2.3%),可用于10-5~10-1Pa的真空密封;选用合理的密封结构,烘烤到200℃, 并加上冷却办法,可到达10-}Pa的高真空。氟橡胶的安稳功用也相当好,在低 200 于 ℃的温度下能够长期作业。缺陷是价格昂贵,一般只限于需求烘烤的高 真空及超高线所表述的状况,选用氟橡胶密封资料。 表4.2 橡胶的出气速率 表4.3 橡胶的耐热老化性 (2)作业面加工要求 21 法兰密封面的外表粗糙度是影响密封功用的重要要素之一。有人实验过,当 法兰密封面的外表粗糙度约Ra3.2μm时,用金属包石棉垫密封压力为0.49MPa 的空气,发现有微漏现象;当把外表粗糙度的值减到1.6μm时,就能密封。 在各种法兰规范中,对密封面的外表粗糙度是有要求的,但因为垫片品种繁 多,粗糙度要求纷歧,规范中无法逐个做出规矩。运用金属平垫、金属齿形垫、 Ra3.2 1.6μm 金属波形垫和金属包垫时,法兰密封面外表粗糙度需 ~ ,这关于大 直径法兰面的加工存在必定困难。运用外表贴覆柔性石墨板或带的办法,能够弥 补因为外表粗糙度的大所带来的晦气因 。表4.4列出了运用不同垫片时法兰密 封面的外表粗糙度。 关于法兰密封面的形状公役,国内未作规矩。而有的国家对法兰密封面的平 面度有如下要求:在25mm长度上平面度偏差值,软垫片为0.25mm;金属垫片 为0.025mm。 表4.4 法兰密封面的外表粗糙度 垫片类别 垫片称号 外表粗糙度 金属外形垫 3.2μm 金属垫片 金属平垫 6.3μm 金属齿型垫 6.3μm 金属包垫 6.3μm 金属复合垫片 金属环绕垫 6.3~12.5μm 石棉橡胶垫 12.5μm 氟橡胶垫 6.3μm 非金属垫 聚四氟乙烯垫 6.3μm 聚四氟乙烯包垫 6.3μm (3)技能要求 ①作业介质为机械泵油、分散泵油或线C ②作业温度为 ℃至 。 ③在充维护气体状况下作业时,其维护气体压力不高于5x10Pa.4 -1 ④胶料的物理机械功用应确保线° ⑤ 型橡胶圈选用 角开模限制,作业面上不答应有气泡、杂质和凹凸缺 陷,非作业面的外观质量应契合表4.5的规矩。 22 4.5 表 技能要求 23
GB T 32610-2016_日常防护型口罩技能规范_高清版_可检索.pdf
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