ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Способы нагрева образцов до высоких температур из "Установки для высокотемпературных комплексных исследований " Нагрев образцов можно производить тремя способами. [c.7] Первый способ нагрева применяют в основном для металлов и сплавов, а второй в основном для неметаллов, третий же способ применяют для обеих групп материалов, но пока еще значительно реже, чем первый и второй способы. [c.8] Ниже рассмотрен главным образом второй способ нагрева, поскольку в этой работе основными объектами исследования являются неметаллы, и в небольшой мере — первый и третий. [c.8] В настоящее время высокотемпературные установки в нашей стране, как правило, еще не являются приборами серийного производства. Они собираются и монтируются в лабораториях из отдельных узлов и деталей в зависимости от целей и задач, стоящих перед тем или иным исследователем. [c.8] Основной частью любой высокотемпературной установки является нагревательное устройство (чаще всего электропечь). По внешнему виду печи делят на трубчатые вертикальные, трубчатые горизонтальные, шахтные и т. д. Главным требованием, предъявляемым к таким печам, является обеспечение непрерывного и, чаще всего, прямолинейного нагрева, т. е. возможность создания в жаровом пространстве печи квазистационарного режима нагрева. Квазистационарный тепловой режим означает, что температура в любой точке образца в тепловом поле является линейной функцией времени, а градиент температуры — постоянной величиной. [c.8] Практически это достигается тем, что в течение всего опыта скорость возрастания температуры в печи поддерживается строго постоянной. При этом должна быть предусмотрена возможность плавной и удобной регулировки скорости нагрева. [c.8] В большинстве современных высокотемпературных установок для исследований применяют электропечи сопротивления с проволочной обмоткой нагревателя из того или иного материала реже применяют стержневые нагреватели из специальных материалов (чаще силитовых) и еще реже — трубчатые, также из-специальных материалов (главным образом из материалов на графитной основе). [c.8] При температурах выше 1500° С применяют печи с нагревателями из молибдена или вольфрама. Однако молибденовые и вольфрамовые печи неудобны тем, что они могут работать только в инертной атмосфере или в вакууме, так как в окислительной атмосфере они перегорают. [c.9] В последнее время разработаны новые высокотемпературные нагреватели на основе дисилицида молибдена, которые позволяют поддерживать в рабочем объеме печи температуру 1600° С в течение продолжительного времени. [c.9] Электропечь (рис. 1) смонтирована на специальном столе. Она имеет многослойную футеровку (корундовый стакан и высокоглиноземистый пенолегковес). Для образования зоны максимальной температуры служит серия экранов. Электропечь оборудована для работы в атмосфере инертного газа. Четыре нагревателя обеспечивают нагрев рабочей зоны до 1600° С. [c.9] Однако такие печи обладают существенными недостатками. К их числу следует отнести низкую термостойкость дисилицида молибдена, значительную хрупкость при низких температурах и высокую пластичность в рабочем интервале температур. Эти недостатки затрудняют выбор формы нагревателя, монтаж и эксплуатацию печи. Выше 1700° С печи с такими нагревателями на воздухе работать не могут, так как поверхностная защитная пленка окиси кремния при этой температуре плавится. [c.9] Вопросы испытания образцов при нагреве, тарировки высокотемпературных термопар и другие теплотехнические проблемы требуют создания малоинерционной печи для получения высоких температур в окислительной атмосфере. [c.9] В трубке из двуокиси циркония с внутренним диаметром 222 мм достигается температура 2400° С, а в трубке диаметром 350 мм — 2200° С. [c.11] Приставка дает возможность производить эксперименты как в вакууме, так и в регулируемой нейтральной среде. [c.12] Обычно печи питаются от сети переменного тока напряжение на клеммы и величина тока регулируется в зависимости от конструкции печи и толщины проволоки нагревателя. Печи с обмоткой нагревателя из нихрома, сплавов хромеля могут нагреваться непосредственно при подключении в электросеть. Печи с платиновой обмоткой непосредственно в сеть включать нельзя, так как они для работы при температуре 1500° С рассчитаны на большое сопротивление (в 4—5 раз больше, чем при комнатной температуре). При включении холодной печи в сеть величина тока превышает предельное значение для данного сечения проволоки, которая в таком случае перегорает. Для платиновых печей необходим обязательно пусковой реостат или автотрансформатор. Однако даже если печь можно прямо включить в питающую сеть, то в начале и в конце нагрева отмечается более медленный подъем температуры. Это объясняется тепловой инерцией печи в начале нагрева и большой теплоотдачей при высоких температурах в конце. Способы регулирования процесса нагревания рассматриваются ниже. [c.13] Поскольку в лабораториях нередко приходится изготовлять печи собственными силами, то значительную помощь могут оказать подробные указания по этому вопросу, приводимые в работе [2001. [c.13] Как уже упоминалось, для получения температур выше 1500° С часто применяют молибденовые и вольфрамовые нагреватели, работающие в неокислительной атмосфере или в вакууме. Работа в среде инертного газа в ряде случаев представляет известные преимущества по сравнению с работой в вакууме при высоких температурах уменьшается испарение (возгонка) образцов и деталей печи, при давлении в камере выше атмосферного становятся менее опасными внезапные явления проникновения посторонних газов в процессе работы. Применяемые инертные газы необходимо тщательно очищать, но, к сожалению, не существует надежных методов определения количества примесей в очищенных газах. В исследовательской практике требование вакуума иногда является самостоятельным условием — главным образом при создании аппаратуры, обеспечивающей чистоту исследуемых объектов (прежде всего полупроводниковых материалов и металлов). Поэтому рассмотрим несколько подробнее основные особенности конструирования этих печей. [c.13] В зависимости от размещения нагревателя по отношению к вакуумному рабочему пространству (здесь и в дальнейшем подразумевается, что исследуемый образец находится в вакуумном пространстве) все печи делят на три типа. [c.13] Практически нержавеющие и жаростойкие стали могут применяться для изготовления вакуумных камер при получении температур до 900° С. При более высоких температурах стенки камеры перестают удовлетворять первым двум условиям. [c.14] Для более высоких температур (1000° С при стационарном режиме 1100° С при кратковременном нагревании) вакуумную камеру изготовляют из кварца. Такие печи весьма просты, работают удовлетворительно, но при условии, что не превышается температура, указанная выше (примеры таких печей многократно рассмотрены в последующих главах). [c.14] Вернуться к основной статье