実験用真空炉を使用した材料科学

真空炉とは何ですか？

真空炉は、真空環境で動作するように設計された特殊なタイプの炉です。これは、炉が密閉され、内部の空気がポンプで排出され、内部が低圧または真空になることを意味します。

真空は、加熱される材料の汚染を防ぐのに役立ち、正確な温度制御も可能になります。

真空炉には主にコールドウォールとホットウォールの 2 つのタイプがあります。コールドウォール真空炉には、熱処理プロセス中に冷たく保たれる水冷式の容器が備わっています。

加熱要素は容器の内側にあり、容器は密閉され、真空を作り出すためにポンプで送られます。一方、ホットウォール真空炉には、真空容器の外側に、通常はセラミックまたは石英管の形の発熱体が配置されています。容器自体が加熱され、内部の空気を排気することで真空が生成されます。

真空炉は、材料科学、航空宇宙、自動車、エレクトロニクスなどのさまざまな業界で一般的に使用されています。焼きなまし、焼結、ろう付けなどのさまざまな熱処理プロセスを実行するために使用されます。

真空炉は正確な温度制御と低汚染レベルを備えているため、この種のプロセスに最適です。

真空炉が必要な用途は何ですか?

真空炉の使用が必要な用途は数多くあります。一般的な用途の 1 つは真空はんだ付けおよびろう付けであり、真空により接合される材料の汚染を防ぎ、正確な温度制御も可能になります。真空炉を必要とする他の用途には、材料の機械的特性を改善するために使用される真空アニーリングが含まれます。焼結は、粉末材料を融点よりも低い温度まで加熱することによって、粉末材料から固体物体を製造するために使用されるプロセスである。

これらの特定の用途に加えて、真空炉は、規定された非酸化性雰囲気を必要とするあらゆるタイプの熱処理にも使用されます。これには、硬化、焼き戻し、応力除去などのプロセスが含まれる場合があります。真空炉を使用すると、熱処理プロセス中の雰囲気を正確に制御できます。これは、望ましい結果を達成するために重要です。

真空炉は、空気組成とは異なる規定の酸素濃度での熱処理にも役立ちます。たとえば、真空炉を使用して、100% 純酸素雰囲気中で材料を熱処理することができます。これは、特定の材料の特性を改善したり、特定の種類の材料を製造したりする場合に役立ちます。

なぜ高温では真空炉が必要なのでしょうか?

高温熱処理に真空炉が必要となる理由はいくつかあります。理由の 1 つは、空気/酸化環境で通常の抵抗タイプの発熱体を使用して達成できる最高温度が通常約 1800°C に制限されることです。より高い温度を達成するには、真空炉を使用し、非酸化性雰囲気を適用する必要があります。

高温熱処理に真空炉が必要なもう 1 つの理由は、真空炉により正確な温度制御が可能になることです。真空環境では周囲への熱損失が最小限に抑えられるため、炉内温度を一定に保ちやすくなります。温度のわずかな変動が処理される材料の最終特性に大きな影響を与える可能性があるため、これは高温熱処理の場合に特に重要です。

最後に、真空炉は通常の炉よりもはるかに高い温度を達成できます。抵抗式発熱体を使用した真空炉は、最高 3000°C の温度に達することができます。そのため、溶解や鋳造、焼結、アニーリングなどの幅広い高温熱処理用途に最適です。

真空炉で使用可能な雰囲気は何ですか?

真空炉内で可能な雰囲気にはいくつかの種類があります。最も基本的な雰囲気は真空そのものであり、炉内の空気をポンプで排出して低圧環境を作り出すことによって作成されます。用途に応じて、真空レベルは粗真空から微真空、高真空、超高真空まで変えることができます。

真空雰囲気に加えて、真空炉内でさまざまなガスまたはガス混合物を処理することも可能です。真空炉で使用される一般的なガスには、アルゴン、窒素、水素、一酸化炭素、ヘリウムなどがあります。ガスまたはガス混合物の選択は、熱処理プロセスの特定の要件と処理される材料の特性によって異なります。

発熱体の種類

真空炉で一般的に使用される発熱体にはいくつかの種類があります。コールドウォール真空炉は、熱処理プロセス中に低温に保たれる水冷式の容器を備えた炉の一種で、最も一般的な発熱体はグラファイト、モリブデン、またはタングステンで作られています。

これらの材料が選ばれるのは、高温でも圧力が低く、真空環境での使用に適しているためです。たとえば、グラファイト発熱体を使用すると真空炉内で最高 2200°C の温度を達成でき、モリブデンとタングステンの発熱体はそれぞれ 1600°C と 2200°C の温度に到達します。

熱処理プロセスの特定の要件や処理される材料の特性に応じて、他のタイプの発熱体も真空炉で使用される場合があります。たとえば、一部の真空炉では、高温を達成するために誘導加熱または輻射加熱要素が使用されます。

Kindle Tech真空炉

真空炉にはさまざまなタイプがあり、それぞれがさまざまな用途や要件に適しています。 Kindle Tech が提供する真空炉の種類の例としては、次のようなものがあります。

真空チャンバー炉: これらの炉は、ポンプで真空を作り出す密閉チャンバーを備えており、幅広い熱処理用途に使用されます。
真空フード炉: これらの炉には、密閉されて真空を作り出すフードまたはエンクロージャがあり、規定の雰囲気を必要とする熱処理プロセスによく使用されます。
ボトムローディング炉: これらの炉は、底部からアクセスできる密閉チャンバーを備えており、処理される材料を底部からロードおよびアンロードする必要がある熱処理プロセスによく使用されます。
実験用真空炉: これらは、実験室環境で使用するために設計された小型の卓上炉です。研究開発や小規模の熱処理プロセスによく使用されます。
真空管炉: これらの炉には、ポンプで真空を作り出す密閉管があり、規定の雰囲気や正確な温度制御を必要とする熱処理プロセスによく使用されます。

これらの真空炉はすべて、熱処理プロセスの特定の要件に応じて、反応性ガスまたは不活性ガスのいずれかで使用できます。金属、グラファイト、またはセラミック絶縁体の選択も可能で、一部のモデルはご要望に応じて最大 3000°C で安全に動作するように構成できます。

真空オプション

当社の真空炉は、特定の要件や用途に合わせてカスタマイズできる幅広いオプションと機能を提供します。真空炉で利用できるオプションの例としては、高度なソフトウェア、データロガー、高度なデジタルコントローラーなどがあります。これらは、炉の動作に対する追加レベルの制御を提供し、完全なデータ記録機能も提供します。

真空炉で利用できるその他のオプションには、特定の要件を満たすために選択できるさまざまなポンプ、真空システム、冷却システムなどがあります。これらのオプションは、炉のパフォーマンスを最適化し、意図した用途に確実に適合させるのに役立ちます。

当社の真空炉は、ろう付け、焼結、焼鈍、脱ガス、乾燥、焼き戻し、はんだ付け、焼き入れ、硬化などのさまざまな用途に使用されています。これらは、金属射出成形 (MIM) やセラミック射出成形 (CIM) のほか、メタライゼーション、シリコン化、炭化、その他の工業プロセスにも使用されます。

真空炉にはいくつかの異なるタイプがあり、それぞれが異なる用途に適しています。たとえば、真空フード炉は可能な限り最高の純度を提供し、非常にクリーンな環境を必要とする用途に適しています。ボトムローディング機能を備えた真空炉モデルはサンプルに簡単にアクセスできますが、実験用真空炉は研究環境に適したよりコンパクトな設計になっています。真空管炉は、対応する非真空モデルをベースにしていますが、専用の真空ユニットを改造して装備しており、さまざまな直径と長さが用意されています。 HTRH-H2 などの一部のモデルは、水素雰囲気でも動作できます。