國內外金屬化爐概述
隨著(zhù)電真空技術(shù)的不斷發(fā)展,對陶瓷與金屬封接件的要求也越來(lái)越高,在其制造過(guò)程中金屬化這道工序是極為關(guān)鍵的,金屬化的質(zhì)量直接會(huì )影響到封接件的質(zhì)量和可靠性。那么金屬化爐便成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵設備。近十幾年來(lái),我國一些企業(yè)從國外引進(jìn)了一些金屬化爐,國內的一些制造廠(chǎng)也生產(chǎn)了大量用于陶瓷金屬化的設備,其中有些廠(chǎng)家吸取了國外設備的許多優(yōu)點(diǎn)并不斷改進(jìn),再加上近年來(lái)國內金屬制造業(yè)和耐火材料制造業(yè)的發(fā)展,生產(chǎn)出了比較先進(jìn)實(shí)用的金屬化爐,為國內陶瓷金屬化的規模生產(chǎn)提供了優(yōu)良的設備。
金屬化爐主要分為立式和臥式兩種類(lèi)型。立式爐為間歇式爐,它的特點(diǎn)是溫度曲線(xiàn)可隨著(zhù)所燒產(chǎn)品的類(lèi)型而進(jìn)行特殊設置,可以燒結尺寸比較大的產(chǎn)品,可以控制干濕氫的轉換,耗氣量較小,可以靈活地進(jìn)行生產(chǎn),其缺點(diǎn)是產(chǎn)量低,溫度均勻性不太好,易出現花斑和金屬化面發(fā)花的現象。臥式爐為連續式爐,適于大批量生產(chǎn),工藝調整好后能夠穩定生產(chǎn),產(chǎn)品一致性較好,其缺點(diǎn)是溫度曲線(xiàn)不宜經(jīng)常變化,爐內的干濕氫氣氛不易控制,耗氣量大,不宜頻繁升降溫,一次性投資較大。下面對兩種類(lèi)型的金屬化爐的結構和特點(diǎn)進(jìn)行以下概要介紹。
1、臥式爐
以美國進(jìn)口的BTU爐為例。
1.1、爐體概述
該爐是一種連續工作的高溫推板爐,在可控氣氛(通常為氫氣或氮氫混合氣) 下進(jìn)行工作,其外形見(jiàn)圖1所示。氮氫混合氣是由液氨分解制成,生產(chǎn)成本較低,國內臥式氫爐多采用氮氫混合氣。主爐體分成三大部分:預熱區、高溫加熱區和冷卻區。需進(jìn)爐的產(chǎn)品先放在主爐體南側傳送帶的推板上,由入口推桿、主推桿、出口推桿、返回推桿來(lái)完成連續循環(huán)工作。產(chǎn)品的推進(jìn)速度可調節,每個(gè)加熱區獨立進(jìn)行加熱,這樣就可滿(mǎn)足不同的金屬化工藝曲線(xiàn)。如降低推進(jìn)速度可使預熱、保溫及降溫時(shí)間延長(cháng)。工藝氣體的輸入和排出由氣體控制系統完成。
圖1 爐子外形圖
1.2、爐子的幾個(gè)主要組成部分
1.2.1、傳送及驅動(dòng)系統
驅動(dòng)系統由四個(gè)推桿組成,每個(gè)推桿由一個(gè)直流馬達帶動(dòng),其中主推桿因需推二十多塊推板和產(chǎn)品,馬達的功率較大。推板由耐高溫的耐火材料制成,缺點(diǎn)是進(jìn)爐多次后易開(kāi)裂,容易卡舟,需經(jīng)常觀(guān)察,及時(shí)更換。推板也可用鉬板,使用壽命長(cháng),但造價(jià)較高。返回傳送帶由金屬框架構成,有底輪和側輪,可減少推板運動(dòng)時(shí)的摩擦力。
1.2.2、出入口
出、入口門(mén)由鋼板制成,由壓縮空氣控制氣動(dòng)閥門(mén)完成開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作。門(mén)口設有天然氣常明火和紫外線(xiàn)探測器,一旦火頭熄滅,它會(huì )立即啟動(dòng)點(diǎn)火器點(diǎn)火,將天然氣點(diǎn)燃。在關(guān)門(mén)時(shí)出入口的氫氣量較小,開(kāi)門(mén)前自動(dòng)將氣量增大,這時(shí)爐子保持正壓,可防止空氣過(guò)多地進(jìn)入爐內,造成產(chǎn)品出爐時(shí)金屬化面氧化。兩爐門(mén)方向均與推進(jìn)方向成90°。國內有的廠(chǎng)家在爐門(mén)處作了一些改進(jìn),如出口爐門(mén)與推進(jìn)方向成180°,相當于延長(cháng)了冷卻段,使產(chǎn)品的出爐溫度有所降低,開(kāi)門(mén)時(shí)還可減少外部空氣進(jìn)入爐內。另外,還縮短了開(kāi)啟爐門(mén)的時(shí)間,減少了開(kāi)門(mén)時(shí)的耗氣量。
1.2.3、主爐體
爐膛的最內層由高溫耐火材料構成一個(gè)上方為拱形的內腔,使用金屬鉬帶作為加熱元件,鉬帶分布在內腔兩側,熱量直接輻射至產(chǎn)品上。其優(yōu)點(diǎn)是加熱子不與耐火材料接觸,不會(huì )發(fā)生爐管或爐絲板燒熔現象。爐膛的底部由若干個(gè)爐底板組成,爐底板兩側邊緣凸起,使推板在凹槽內前行,可防止推板偏離方向而造成卡舟�？ㄖ蹖τ谂P式氫爐來(lái)說(shuō)是一個(gè)不好處理的故障,首先要將爐溫降低到一定的程度,再用器具將爐內的產(chǎn)品和推板全部弄出,檢查爐絲的受損情況(若受損嚴重,就必須將爐子降至室溫,開(kāi)蓋更換爐絲) ,再將推板依此推入,升溫工作,既耽誤時(shí)間又毀壞了一些推板和鉬舟。每個(gè)加熱區上方安裝一個(gè)熱電偶,其信號傳至中央控制器自動(dòng)控制爐內溫度。熱偶為鉑銠熱偶,外套一根致密的剛玉管,防止氫氣進(jìn)入,管內充氮氣保護。國內現在主要采用鎢錸熱偶,其造價(jià)低,適于在氫氣中使用,但其穩定性較差,易漂移,因此需經(jīng)常檢測。內腔外是幾層高溫耐火磚,最外層是幾層輕質(zhì)保溫磚。
在預熱區的上方有一個(gè)排氣口,內置一個(gè)瓷質(zhì)煙囪,從排氣口逸出的氫氣由天然氣常明火點(diǎn)燃,并設有一個(gè)紫外線(xiàn)探測器,其作用同出入口的紫外線(xiàn)探測器。從爐內排出的有機物質(zhì)也會(huì )在瓷制煙囪內堆積,因此爐子使用一定時(shí)間后,需清理瓷煙囪內的污物,防止其結塊后掉入爐內污染產(chǎn)品或因爐內排氣不暢而影響金屬化質(zhì)量。在爐頂排氣口處還設有爐壓調節裝置,可根據壓力表顯示由人工進(jìn)行爐內壓力調節。
冷卻區后部是一方形鋼制通道,外壁安裝了幾圈銅制水管,內通冷卻循環(huán)水,使產(chǎn)品在該段能較快地降溫。冷卻水量由人工控制,可根據出口水溫來(lái)進(jìn)行調節。有些廠(chǎng)家將水冷區也分為幾段,每段可獨立控制水量。
爐子的兩端還各設有一個(gè)觀(guān)察口,在卡舟和處理時(shí)觀(guān)察爐內情況。
1.2.4、濕氫裝置
由于金屬化工藝要求高溫段爐內氣氛為濕氫,所以必須設置一個(gè)濕氫裝置。它位于冷卻區的旁邊,一部分干氫進(jìn)入濕氫罐后變成濕氫再進(jìn)入爐內,罐內應用去離子水(因自來(lái)水易結垢,會(huì )造成管路堵塞) 。濕氫裝置還配有加熱器和水位計。加熱器可自動(dòng)控制罐內的水溫,水位計可自動(dòng)調節罐內的水位,使之保持恒定。這樣才能保證濕氫量的穩定,從而使金屬化層很好地燒結于陶瓷表面。
1.3、自動(dòng)控制系統
該爐自動(dòng)化程度較高,技術(shù)人員將工藝輸入計算機后,爐子將自動(dòng)完成整個(gè)工藝過(guò)程。操作人員的任務(wù)是裝卸產(chǎn)品和處理報警。其還配置了一套專(zhuān)用軟件,界面見(jiàn)圖2 。功能齊備,界面清晰,便于操作。
