真空炉は、主に放射によってワークロードにエネルギーを伝達する電動式発熱体を使用して材料を加熱する。
酸化や対流による熱伝達の原因となる空気やガスが存在しないため、この方法は真空環境において非常に効果的です。
真空炉における熱伝達の効率は、絶対温度の4乗で輻射による熱伝達率が増加するというステファン・ボルツマンの法則に支配されているため、特に高温で高くなります。
7つのポイント
1.発熱体とエネルギー移動
真空炉の発熱体は、一般的に抵抗加熱、誘導加熱、または輻射加熱素子です。
これらのエレメントは熱を発生し、それがワークロードに伝達されます。
コールドウォール型真空炉では熱は輻射によって直接伝わり、ホットウォール型真空炉では熱は間接的に伝わります。
ワークロードを特定の温度まで加熱するのに必要なエネルギー量は、処理される材料の質量と比熱容量に依存します。
2.効率と温度依存性
放射熱伝達は真空環境では非常に効率的ですが、その効率は温度に依存します。
低温（600℃以下）では熱伝導の速度が遅くなることがあるため、不活性ガスを炉内に充填して対流加熱を行い、処理速度を速める方法がよく採用される。
この方法は、均一な加熱をより早く達成するのに役立つため、ワークロードが大きく、表面対質量比が高い場合に特に有効である。
3.ワークロード特性の影響
真空炉でワークロードが加熱される速度は、部品の色、表面仕上げ、形状などの要因にも影響されます。
薄くて質量に対する表面積が大きい部品は、輻射熱によくさらされるため、より早く加熱されます。
4.真空炉の種類
真空炉は多用途で、真空焼入れ、ろう付け、焼きなまし、着磁、焼き戻し、焼結、拡散溶接、浸炭など様々なプロセスに特化することができます。
さらに、真空抵抗炉、真空誘導炉、真空アーク炉、電子ビーム炉、プラズマ炉など、使用する加熱方法によって分類することができます。
5.構造と操作
真空炉の炉室は高温に耐え、真空シールを維持できる材料で構成される。
熱が発生する炉の「ホットゾーン」は、初期のオールメタル設計から進化し、断熱性と性能を向上させる他の材料を含むようになった。
真空ポンプ、測定装置、バルブを含む真空システムは、炉の運転に必要な低圧環境を維持するために極めて重要である。
6.まとめ
まとめると、真空炉は温度範囲やワークの特性に合わせて調整しながら、効率的な放射伝熱によって材料を加熱します。
これらの炉の設計と運転は、コンタミネーションを最小限に抑え、加熱プロセスの一貫性を最大限に確保するよう調整されています。
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