เตาสูญญากาศเผาผนึก

I. หลักการหลัก: สภาพแวดล้อมสูญญากาศ + การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำเพื่อแก้ไขจุดบกพร่องของการเผาผนึกแบบดั้งเดิม

1. การป้องกันการเกิดออกซิเดชัน/มลพิษ: สภาพแวดล้อมสูญญากาศจะแยกออกซิเจน หลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชันของโลหะที่อุณหภูมิสูง (เช่น โลหะผสมไทเทเนียม โลหะผสมทังสเตน-โมลิบดีนัม) ในขณะที่ลดปฏิกิริยาเคมีระหว่างสิ่งเจือปนที่เป็นก๊าซ (เช่น H₂O, CO₂) และวัสดุ;
2. การกำจัดก๊าซและการทำให้บริสุทธิ์: ก๊าซที่ดูดซับ (เช่น ไฮโดรเจน ไนโตรเจน) ภายในวัสดุจะระเหยที่อุณหภูมิสูงและถูกปล่อยออกโดยปั๊มสุญญากาศ ลดรูพรุนของวัสดุ;
3. การทำให้หนาแน่นอย่างแม่นยำ: การถ่ายเทความร้อนในสภาพแวดล้อมสูญญากาศมีความสม่ำเสมอมากขึ้น (ส่วนใหญ่ผ่านการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี) เมื่อรวมกับการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำถึง ±1℃ จะช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเติบโตที่สม่ำเสมอของจุลผลึกของวัสดุ และหลีกเลี่ยงการเผาผนึกเฉพาะที่มากเกินไปหรือไม่สมบูรณ์

II. โครงสร้างหลัก: ประกอบด้วย 5 ระบบ ซึ่งจำเป็นทั้งหมด

III. การจำแนกประเภทหลัก: แบ่งตามวิธีการให้ความร้อน/สถานการณ์การใช้งาน

1. จำแนกตามองค์ประกอบความร้อน
   • ชนิดให้ความร้อนด้วยกราไฟต์: องค์ประกอบความร้อนคือ กราไฟต์บริสุทธิ์สูง ซึ่งทนต่ออุณหภูมิสูง (สูงถึง 2200℃) และมีการนำความร้อนที่สม่ำเสมอ เหมาะสำหรับการเผาผนึกทังสเตนคาร์ไบด์ (เช่น โลหะผสมทังสเตน-โคบอลต์) และวัสดุกราไฟต์;
   • ชนิดให้ความร้อนด้วยโลหะ: องค์ประกอบความร้อนคือ ลวดโมลิบดีนัมหรือลวดทังสเตน โดยมีระดับสุญญากาศที่สูงกว่า (สูงถึง 10⁻⁵Pa) เหมาะสำหรับการเผาผนึกโลหะที่ใช้งาน เช่น โลหะผสมไทเทเนียมและซุปเปอร์อัลลอย;
   • ชนิดให้ความร้อนด้วยเซรามิก: องค์ประกอบความร้อนคือ แท่ง SiC หรือแท่ง MoSi₂ เหมาะสำหรับการเผาผนึกวัสดุเซรามิก เช่น อะลูมินาและซิลิคอนไนไตรด์ เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของโลหะ
2. จำแนกตามสถานการณ์การใช้งาน
   • เตาพิเศษสำหรับทังสเตนคาร์ไบด์: ใช้สำหรับการเผาผนึกทังสเตนคาร์ไบด์ (เช่น โลหะผสม WC-Co) สำหรับเครื่องมือตัดและแม่พิมพ์ และจำเป็นต้องรวมกับกระบวนการ "กำจัดขี้ผึ้ง" (เพื่อกำจัดสารก่อตัวในวัสดุ);
   • เตาพิเศษสำหรับสารกึ่งตัวนำ: ใช้สำหรับการเผาผนึกเวเฟอร์ซิลิคอนและเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซึ่งต้องใช้ระดับสุญญากาศที่สูงมาก (10⁻⁶Pa) และความสะอาดเพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งเจือปนที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของสารกึ่งตัวนำ;
   • เตาพิเศษสำหรับโลหะวิทยาผง: ใช้สำหรับการเผาผนึกผงโลหะ เช่น ผงเหล็กและผงทองแดง และสามารถตระหนักถึง "การเผาผนึก + การกดร้อน" แบบบูรณาการ (ปรับปรุงความหนาแน่นเพิ่มเติมผ่านการใช้แรงดัน)

IV. สาขาการใช้งานหลัก: "เสาหลักที่มองไม่เห็น" ของการผลิตระดับไฮเอนด์

• การบินและอวกาศ: การเตรียมใบพัดเครื่องยนต์โลหะผสมไทเทเนียมและห้องเผาไหม้ซุปเปอร์อัลลอย (ซึ่งต้องทนต่ออุณหภูมิสูงกว่า 1000℃ โดยไม่มีข้อบกพร่องจากการเกิดออกซิเดชัน);
• สารกึ่งตัวนำ: "การเชื่อมเผาผนึก" ของอุปกรณ์ไฟฟ้า SiC (การเผาผนึกชิปและพื้นผิวด้วยบัดกรีโลหะเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อน);
• พลังงานใหม่: การเผาผนึกวัสดุแคโทด (เช่น อิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์) สำหรับแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตต (สภาพแวดล้อมสูญญากาศป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรไลต์ทำปฏิกิริยากับอากาศ);
• ทังสเตนคาร์ไบด์: การเผาผนึกโลหะผสม WC-Co สำหรับเครื่องมือตัดและดอกสว่านขุดเจาะ (การกำจัดก๊าซสุญญากาศสามารถลดความเสี่ยงของการบิ่นของเครื่องมือ);
• อุปกรณ์ทางการแพทย์: การเผาผนึกข้อต่อเทียม (วัสดุโลหะผสมไทเทเนียม/เซรามิก) (ต้องมีความหนาแน่นสูงมากเพื่อป้องกันการแทรกซึมและการกัดกร่อนของของเหลวในร่างกาย)

V. ข้อควรระวังในการเลือกและการใช้งาน

1. ตัวบ่งชี้หลักสำหรับการเลือก
   • อุณหภูมิสูงสุด: เลือกตามอุณหภูมิการเผาผนึกของวัสดุ (เช่น มากกว่า 1600℃ สำหรับเซรามิก, 800~1200℃ สำหรับผงโลหะ);
   • ระดับสุญญากาศ: 10⁻⁴Pa หรือสูงกว่าสำหรับโลหะที่ใช้งาน (เช่น ไทเทเนียม) และ 10⁻²Pa ก็เพียงพอสำหรับผงโลหะทั่วไป;
   • ขนาดห้องเตา: ตรงกับปริมาณการผลิต (ห้องเตาในห้องปฏิบัติการขนาดเล็ก <50L, ห้องเตาอุตสาหกรรมขนาดใหญ่สูงถึง 500L หรือมากกว่า);
   • ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิ: ±0.5℃ สำหรับการใช้งานระดับไฮเอนด์ (เช่น สารกึ่งตัวนำ) และ ±1℃ สำหรับโลหะวิทยาผงทั่วไป
2. ข้อควรระวังหลักสำหรับการใช้งาน
   • การตรวจสอบระดับสุญญากาศ: ตรวจสอบความแน่นหนาของตัวเตา (เช่น โดยใช้เครื่องตรวจจับการรั่วไหลของสเปกโตรมิเตอร์มวลสารฮีเลียม) ก่อนการเริ่มต้นแต่ละครั้ง เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชันของวัสดุที่เกิดจากการรั่วไหลของอากาศ;
   • การบำรุงรักษาองค์ประกอบความร้อน: ควรป้องกันไม่ให้องค์ประกอบความร้อนกราไฟต์สัมผัสกับออกซิเจน (ออกซิไดซ์และเผาไหม้ได้ง่ายที่อุณหภูมิสูง) และควรป้องกันองค์ประกอบความร้อนโลหะจากการ "กระเด็นของวัสดุ" (วัสดุหลอมเหลวติดกับองค์ประกอบทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร);
   • การป้องกันความเย็น: หลังจากการเผาผนึก ให้รอจนกว่าอุณหภูมิเตาลดลงต่ำกว่า 200℃ ก่อนที่จะทำลายสุญญากาศ (แนะนำให้อากาศ) เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชันทันทีของวัสดุที่มีอุณหภูมิสูงเมื่อสัมผัสกับอากาศ

VI. แนวโน้มอุตสาหกรรม: สติปัญญาและการขยายขนาด

1. สติปัญญา: แนะนำอัลกอริธึมการควบคุมอุณหภูมิ AI เพื่อปรับเส้นโค้งการเผาผนึกโดยอัตโนมัติ (เช่น การปรับอัตราการให้ความร้อนตามชุดวัสดุ); บูรณาการ Internet of Things เพื่อตรวจสอบแรงดันและอุณหภูมิของเตาแบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถใช้งานและบำรุงรักษาจากระยะไกลได้;
2. การขยายขนาดและการบูรณาการ: พัฒนาอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่มีขนาดห้องเตาเกิน 1 เมตร สำหรับตลับลูกปืนกังหันลมและส่วนประกอบการบินและอวกาศขนาดใหญ่ ในขณะเดียวกัน บูรณาการกระบวนการทั้งหมดของ "การกำจัดขี้ผึ้ง - การเผาผนึก - การกดร้อน - การระบายความร้อน" เพื่อลดมลพิษที่เกิดจากการถ่ายโอนวัสดุระหว่างกระบวนการ