একটি ভ্যাকুয়াম সিন্টারিং ফার্নেস হল একটি শিল্প গরম করার সরঞ্জাম যা একটি নেতিবাচক চাপ (ভ্যাকুয়াম) পরিবেশে সুনির্দিষ্ট তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে উপাদানগুলির "সিন্টারিং" সম্পন্ন করে। এর মূল কাজ হল উপাদানের অভ্যন্তরীণ ছিদ্র দূর করা, মাইক্রোস্ট্রাকচার উন্নত করা এবং অবশেষে ঘনত্ব, শক্তি এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা-এর মতো উপাদানগুলির মূল বৈশিষ্ট্যগুলি বৃদ্ধি করা। এটি মহাকাশ, সেমিকন্ডাক্টর, নতুন শক্তি এবং সিমেন্টেড কার্বাইড সহ উচ্চ-প্রান্তের উত্পাদন ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, যা নির্ভুল ধাতু, সিরামিক এবং যৌগিক উপকরণ প্রস্তুত করার জন্য মূল সরঞ্জাম হিসাবে কাজ করে।
ঐতিহ্যবাহী সিন্টারিং (যেমন, বায়ুমণ্ডলীয় সিন্টারিং) অক্সিজেন এবং নাইট্রোজেনের মতো গ্যাস দ্বারা প্রভাবিত হওয়ার প্রবণতা রয়েছে, যার ফলে উপাদানের জারণ, কার্বুরাইজেশন বা অমেধ্য দূষণ হয়। বিপরীতে, একটি ভ্যাকুয়াম সিন্টারিং ফার্নেস ভ্যাকুয়াম পাম্প সেট (যেমন, আণবিক পাম্প, রুটস পাম্প) ব্যবহার করে ফার্নেসের ভিতরের চাপ 10⁻²~10⁻⁵Pa-এ কমিয়ে দেয় এবং সেগমেন্টেড গরম এবং তাপ সংরক্ষণের মাধ্যমে তিনটি মূল লক্ষ্য অর্জন করে:
- জারণ/দূষণ প্রতিরোধ: ভ্যাকুয়াম পরিবেশ অক্সিজেনকে আলাদা করে, ধাতুগুলির উচ্চ-তাপমাত্রার জারণ (যেমন, টাইটানিয়াম খাদ, টাংস্টেন-মলিবডেনাম খাদ) এড়িয়ে চলে এবং গ্যাসীয় অমেধ্য (যেমন, H₂O, CO₂) এবং উপাদানের মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়া হ্রাস করে;
- ডিগ্যাসিং এবং পরিশোধন: উপাদানের ভিতরে শোষিত গ্যাসগুলি (যেমন, হাইড্রোজেন, নাইট্রোজেন) উচ্চ তাপমাত্রায় উদ্বায়ী হয় এবং ভ্যাকুয়াম পাম্প দ্বারা নির্গত হয়, যা উপাদানের ছিদ্রতা হ্রাস করে;
- সুনির্দিষ্ট ঘনত্ব: ভ্যাকুয়াম পরিবেশে তাপ স্থানান্তর আরও অভিন্ন (প্রধানত বিকিরণ তাপ স্থানান্তরের মাধ্যমে)। ±1℃-এর তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ নির্ভুলতার সাথে মিলিত হয়ে, এটি উপাদানের মাইক্রোক্রিস্টালের অভিন্ন বৃদ্ধি নিশ্চিত করে এবং স্থানীয় অতিরিক্ত সিন্টারিং বা অসম্পূর্ণ সিন্টারিং এড়িয়ে চলে।
একটি ভ্যাকুয়াম সিন্টারিং ফার্নেসের কাঠামো "ভ্যাকুয়াম সিলিং", "সুনির্দিষ্ট তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ", এবং "নিরাপত্তা এবং স্থিতিশীলতা" এর চারপাশে ডিজাইন করা হয়েছে, যার মধ্যে প্রধানত নিম্নলিখিত ৫টি অংশ রয়েছে:
বিভিন্ন উপাদানের সিন্টারিং প্রয়োজনীয়তার মধ্যে উল্লেখযোগ্য পার্থক্য রয়েছে, তাই ভ্যাকুয়াম সিন্টারিং ফার্নেসগুলি বিশেষভাবে ডিজাইন করা দরকার। সাধারণ শ্রেণীবিভাগগুলি নিম্নরূপ:
-
হিটিং উপাদান দ্বারা শ্রেণীবদ্ধ
- গ্রাফাইট-হিটেড টাইপ: গরম করার উপাদানটি উচ্চ-বিশুদ্ধতা সম্পন্ন গ্রাফাইট, যা উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধী (2200℃ পর্যন্ত) এবং অভিন্ন তাপ পরিবাহিতা রয়েছে। এটি সিমেন্টেড কার্বাইড (যেমন, টাংস্টেন-কোবাল্ট খাদ) এবং গ্রাফাইট উপকরণ সিন্টারিং-এর জন্য উপযুক্ত;
- মেটাল-হিটেড টাইপ: গরম করার উপাদানটি মলিবডেনাম তার বা টাংস্টেন তার, একটি উচ্চতর ভ্যাকুয়াম স্তর (10⁻⁵Pa পর্যন্ত)। এটি টাইটানিয়াম খাদ এবং সুপারঅ্যালয়ের মতো সক্রিয় ধাতুগুলির সিন্টারিং-এর জন্য উপযুক্ত;
- সিরামিক-হিটেড টাইপ: গরম করার উপাদানটি একটি SiC রড বা MoSi₂ রড, অ্যালুমিনা এবং সিলিকন নাইট্রাইডের মতো সিরামিক উপকরণ সিন্টারিং-এর জন্য উপযুক্ত যাতে ধাতব দূষণ এড়ানো যায়।
-
অ্যাপ্লিকেশন পরিস্থিতি দ্বারা শ্রেণীবদ্ধ
- সিমেন্টেড কার্বাইডের জন্য বিশেষ ফার্নেস: কাটিং টুলস এবং ছাঁচের জন্য সিমেন্টেড কার্বাইড (যেমন, WC-Co খাদ) সিন্টারিং-এর জন্য ব্যবহৃত হয় এবং একটি "ডিওয়াক্সিং" প্রক্রিয়ার সাথে একত্রিত করা দরকার (উপকরণে গঠনকারী এজেন্ট অপসারণ করতে);
- সেমিকন্ডাক্টরগুলির জন্য বিশেষ ফার্নেস: সিলিকন ওয়েফার এবং সিলিকন কার্বাইড (SiC) ওয়েফার সিন্টারিং-এর জন্য ব্যবহৃত হয়, যার জন্য অত্যন্ত উচ্চ ভ্যাকুয়াম স্তর (10⁻⁶Pa) এবং পরিচ্ছন্নতা প্রয়োজন যাতে অমেধ্য সেমিকন্ডাক্টর কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত না করে;
- পাউডার ধাতুবিদ্যার জন্য বিশেষ ফার্নেস: লোহা পাউডার এবং তামা পাউডারের মতো ধাতব পাউডার সিন্টারিং-এর জন্য ব্যবহৃত হয় এবং সমন্বিত "সিন্টারিং + হট প্রেসিং" (চাপ প্রয়োগের মাধ্যমে ঘনত্ব আরও উন্নত করা) উপলব্ধি করতে পারে।
ভ্যাকুয়াম সিন্টারিং ফার্নেস একাধিক কৌশলগত উদীয়মান শিল্পে মূল সরঞ্জাম। নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশন পরিস্থিতিগুলির মধ্যে রয়েছে:
- মহাকাশ: টাইটানিয়াম খাদ ইঞ্জিন ব্লেড এবং সুপারঅ্যালয় কম্বাশন চেম্বার প্রস্তুতকরণ (যা 1000℃-এর উপরে জারণ ত্রুটি ছাড়াই উচ্চ তাপমাত্রা সহ্য করতে হবে);
- সেমিকন্ডাক্টর: SiC পাওয়ার ডিভাইসগুলির "সিন্টারিং বন্ধন" (তাপ অপচয় দক্ষতা উন্নত করতে ধাতু সোল্ডারের সাথে সিন্টারিং চিপস এবং সাবস্ট্রেট);
- নতুন শক্তি: কঠিন-অবস্থার ব্যাটারির জন্য ক্যাথোড উপকরণ (যেমন, সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইটস) সিন্টারিং (ভ্যাকুয়াম পরিবেশ ইলেক্ট্রোলাইটগুলিকে বাতাসের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে বাধা দেয়);
- সিমেন্টেড কার্বাইড: কাটিং টুলস এবং মাইনিং ড্রিল বিটগুলির জন্য WC-Co খাদ সিন্টারিং (ভ্যাকুয়াম ডিগ্যাসিং টুলের চিপিং-এর ঝুঁকি কমাতে পারে);
- চিকিৎসা ডিভাইস: কৃত্রিম জয়েন্টগুলির সিন্টারিং (টাইটানিয়াম খাদ/সিরামিক উপকরণ) (শরীরের তরল অনুপ্রবেশ এবং ক্ষয় রোধ করার জন্য অত্যন্ত উচ্চ ঘনত্বের প্রয়োজন)।
-
নির্বাচনের জন্য মূল সূচক
- সর্বোচ্চ তাপমাত্রা: উপাদানের সিন্টারিং তাপমাত্রা (যেমন, সিরামিকের জন্য 1600℃-এর বেশি, ধাতব পাউডারের জন্য 800~1200℃) এর উপর ভিত্তি করে নির্বাচন করা হয়েছে;
- ভ্যাকুয়াম স্তর: সক্রিয় ধাতুগুলির জন্য 10⁻⁴Pa বা তার বেশি (যেমন, টাইটানিয়াম), এবং সাধারণ ধাতব পাউডারের জন্য 10⁻²Pa যথেষ্ট;
- ফার্নেস চেম্বারের আকার: উত্পাদন ভলিউমের সাথে মেলে (ছোট পরীক্ষাগার ফার্নেস চেম্বার <50L, বৃহৎ শিল্প ফার্নেস চেম্বার 500L বা তার বেশি পর্যন্ত);
- তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ নির্ভুলতা: উচ্চ-প্রান্তের অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ±0.5℃ (যেমন, সেমিকন্ডাক্টর), এবং সাধারণ পাউডার ধাতুবিদ্যার জন্য ±1℃।
-
ব্যবহারের জন্য মূল সতর্কতা
- ভ্যাকুয়াম স্তর পরিদর্শন: প্রতিটি স্টার্টআপের আগে ফার্নেস বডির বায়ু-নিরোধকতা পরীক্ষা করুন (যেমন, একটি হিলিয়াম ভর স্পেকট্রোমিটার লিক ডিটেক্টর ব্যবহার করে) যাতে বাতাস বের হওয়ার কারণে উপাদানের জারণ এড়ানো যায়;
- হিটিং উপাদান রক্ষণাবেক্ষণ: গ্রাফাইট গরম করার উপাদানগুলিকে অক্সিজেনের সংস্পর্শে আসা থেকে বিরত রাখতে হবে (উচ্চ তাপমাত্রায় সহজে জারিত হয় এবং পুড়ে যায়), এবং ধাতব গরম করার উপাদানগুলিকে "উপাদান ছিটানো" থেকে রক্ষা করতে হবে (গলিত উপাদান উপাদানগুলির সাথে লেগে থাকে যার ফলে শর্ট সার্কিট হয়);
- কুলিং সুরক্ষা: সিন্টারিং-এর পরে, ভ্যাকুয়াম ভাঙার (বাতাস প্রবেশ করানো) আগে ফার্নেসের তাপমাত্রা 200℃-এর নিচে নেমে আসা পর্যন্ত অপেক্ষা করুন যাতে বাতাসে উন্মুক্ত হওয়ার সময় উচ্চ-তাপমাত্রার উপাদানগুলির তাৎক্ষণিক জারণ এড়ানো যায়।
উচ্চ-প্রান্তের উত্পাদন উপাদানের কর্মক্ষমতার উপর উচ্চতর প্রয়োজনীয়তা আরোপ করার কারণে, ভ্যাকুয়াম সিন্টারিং ফার্নেস দুটি দিকে বিকাশ করছে:
- বুদ্ধিমত্তা: সিন্টারিং বক্ররেখা স্বয়ংক্রিয়ভাবে অপ্টিমাইজ করার জন্য AI তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ অ্যালগরিদম প্রবর্তন করুন (যেমন, উপাদান ব্যাচ অনুযায়ী গরম করার হার সমন্বয় করা); ফার্নেসের চাপ এবং তাপমাত্রা রিয়েল টাইমে নিরীক্ষণের জন্য ইন্টারনেট অফ থিংস একত্রিত করুন, যা দূরবর্তী অপারেশন এবং রক্ষণাবেক্ষণের সুবিধা দেয়;
- বৃদ্ধি এবং ইন্টিগ্রেশন: বায়ু শক্তি বিয়ারিং এবং বৃহৎ মহাকাশ উপাদানগুলির জন্য 1m-এর বেশি ফার্নেস চেম্বারের আকারের বৃহৎ আকারের সরঞ্জাম তৈরি করুন; একই সময়ে, প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে উপাদান স্থানান্তর দ্বারা সৃষ্ট দূষণ কমাতে "ডিওয়াক্সিং - সিন্টারিং - হট প্রেসিং - কুলিং" এর সম্পূর্ণ প্রক্রিয়াটি একত্রিত করুন।