Како одредити грејну плочу са високо-температурном, ниском-термичком- експанзијском инварном предњом страном?
Остави поруку
Целокупна челична грејна плоча се значајно шири са температуром, постепено мењајући димензије површине која обавља посао. У многим апликацијама индустријског грејања ово кретање није од значаја. Међутим, у ултра-прецизним процесима као што су литографија наноотиска, прецизно оптичко обликовање, везивање полупроводника и високо{3}}формирање композита, топлотна експанзија постаје кључни извор димензионалне грешке. Одговор је да се на радну површину плоче причврсти танак филм од Инвара - легуре никла- са веома ниским коефицијентом топлотног ширења -, стварајући композитну термичку структуру која је веома димензионално стабилна чак и када ради на повишеној температури.
Инвар спецификација грејне плоче за предњу плочу разликује добре перформансе грејања од прецизности димензија у модерним термичким алатима.
Ефекти термичке експанзије у прецизним плочама
Проблем са традиционалним челичним површинама
Типичне плоче од челика и нерђајућег челика се много шире када се загреју. Чак и благе радне температуре могу довести до видљивог одступања димензија на великим радним површинама.
Могуће последице укључују:
Искривљење обликованих карактеристика
Неусклађеност прецизних алата
Деформација површине оптике
Грешке у регистрацији
Неуједначена расподела притиска
За апликације мерене у микронима или нанометрима, ове топлотне флуктуације могу бити незадовољавајуће
Шта је Инвар урадио?
Инвар (познат као ФеНи36) је легура никла-гвожђа позната по свом посебном својству ниског коефицијента топлотног ширења (ЦТЕ).
Типичне вредности топлотног ширења су:
Материјал Приближни ЦТЕ
Инвар (ФеНи36) ~ 1,2 к 10^-6 / степен
Нерђајући челик ~10 до 17 × 10-6/ степен
То значи да се Инвар шири око једне{0}}десетине темпа од уобичајених нерђајућих челика.
Инвар кожа је димензионално смрзнуто лице, огледало метала које је потпуно мирно, које игнорише топлоту око себе.
Једноставна конструкција грејне плоче са Инвар лицем
Композитни дизајн плоча
Међутим, Инвар плоча обично није направљена од чврстог Инвара из разлога цене, термичке реакције и механичке практичности. Уместо тога, користи се композитна конструкција.
Обично се систем састоји од:
Тело које се састоји од плоче од конструкцијског челика
Уграђени грејачи кертриџа
Инвар залепљена маска за лице на радну површину
Прецизна обрада и полирање завршних слојева
Ова архитектура спаја термички капацитет и механичку крутост челика са стабилношћу димензија Инвара на основном радном интерфејсу.
Одабир дебљине инварне плоче
Типичне дебљине
Инвар лице се обично наводи у распону од:
3 мм и 10 мм дебљине
Дебљина зависи од бројних фактора:
Неопходна крутост
Толеранција равности површине
Критеријуми топлотног одговора
Механичко оптерећење
Додатак за млевење:
Подручје температуре процеса
Тања плоча повећава термичку реактивност, дебља плоча може дати већу димензионалну крутост и бољу отпорност на деформацију површине.
Технике лепљења за Инвар Фаце Схеет
Облагање путем експлозије
Експлозивна облога је веома јака техника за причвршћивање Инвара на челик. У контролисаном окружењу, ако сударите два материјала при високој енергији, они се спајају металуршки без много топљења.
Предности укључују:
Веома добра снага везе
Низак коефицијент термичке дисторзије
Могућност лепљења велике површине
Добра снага замора
Високотемпературно вакуумско лемљење
Вакуумско лемљење је још једна популарна метода која се користи за плоче високих перформанси. Спајање материјала се остварује употребом дуктилне легуре лемљења на високој температури иу вакууму.
Предности су:
Стварање униформне везе
Ниска контаминација
Добра топлотна проводљивост
Јак интегритет интерфејса
Оба приступа имају за циљ да створе интерфејс са веома ниским топлотним отпором, уз одржавање механичке издржљивости кроз поновљену термичку вожњу.
Важност квалитета везе
Диференцијално термичко напрезање
Инвар се не шири много, али челична плоча испод њега се много шири када се загреје. Ово доводи до великог смичног напрезања на интерфејсу везе.
Због тога линија везивања мора да прихвати:
Термални циклус се понавља
Диференцијалне експанзијске силе
Велика површинска компресија
механички удари
Хронични умор
Ако је контакт слаб или неадекватно спојен, може да се раслоји, напукне или изобличи у раду.
Висококвалитетни системи дуктилне везе су стога предуслов у било којој значајној спецификацији Инвар плоча за грејање предњих плоча.
Равност површине и захтеви за завршну обраду
Прецизно брушење и полирање
Након лепљења, Инвар лице је обично прецизно машински обрађено, брушено и полирано како би се постигле веома уске толеранције равности.
Спецификације могу укључивати, у зависности од апликације:
Равност на нивоу микрона
Спецификације храпавости површине
Границе паралелизма
Завршне обраде оптичког квалитета
Процес завршне обраде је последњи који одређује коначну инвар геометрију, а његов квалитет директно утиче на прецизност поступка.
Чак и температура на лицу
Значајна је и равномерна расподела температуре. Чак и димензионално стабилан материјал може и даље мало да се изобличи са великим температурним варијацијама на површини плоче.
Топлотно мапирање и зонирање грејача се широко користе како би се осигурало:
Константна температура лица
Минимални губици ивица
Рамп стопе (контролисано)
Стабилно стање ради са стабилношћу
Уграђени грејачи кертриџа
Загрејте челични оквир
Главни извор топлоте је обично интегрисан у челично кућиште помоћу кертриџ грејача у пажљиво планираним обрасцима.
Уређење грејача мора узети у обзир:
Топлотна проводљивост челика
Инварни слој који улази у топлоту
Ефекти хлађења ивица
Учитавање процеса контакта
Локација температурног сензора
Правилан положај грејача спречава стварање локалних врућих тачака које би могле нарушити топлотну хомогеност на површини Инвара.
Одзив у односу на термалну масу
Тешка челична конструкција обезбеђује:
Механичка крутост
Способност складиштења топлоте
Структурна исправност
У међувремену, прецизност димензија је очувана на радном интерфејсу на инварској површини.
Ово балансирање даје веома стабилну термичку основу за захтевне прецизне производне процесе.
Инспекција и контрола квалитета
Ултразвучно испитивање везе
Технике ултразвучне инспекције које могу да открију интегритет везе се обично користе за проверу:
Празнине
Де-ламинација
Неадекватно везивање
Пукотине у унутрашњости
Не-тестирање без разарања је веома важан корак у контроли квалитета, пошто се грешке у интерфејсу могу повећати током циклуса топлоте.
Термичка верификација
Готове плоче такође могу бити
Картирање термичке површине
Провера равности на радној температури.
Термички бициклистички тест
Процена динамичког одговора
Композитна конструкција је валидирана како би се потврдио њен исправан рад у стварним радним условима.
Типичне примене за Инвар обложене плоче су:
Производни процеси за високу прецизност
Грејне плоче са инварним површинама се често одређују за:
Наноимпринт литографија
Молдинг Оптицал Ленс
Везивање полупроводничких плочица.
Прецизно очвршћавање композита
Ламинација танким филмом
Компоненте за формирање ваздухопловства
Ове апликације захтевају веома стабилну геометрију током циклуса грејања.
Укратко
Једно од најуспешнијих инжењерских решења за контролу термичке дисторзије у прецизно загрејаном алату је грејна плоча са Инваром. Дизајн нуди одличну стабилност димензија на високим радним температурама комбинујући робусну чврстоћу и топлотну масу челика са -понашањем топлотног ширења скоро{1}}нуле од Инвар горњег слоја.
Исправно пројектована спецификација за Инвар плочу за грејање мора да узме у обзир квалитет везе, топлотну униформност, равност површине, распоред грејача и дуготрајну издржљивост термичког циклуса. Добијени уређај је веома стабилна термичка платформа која одржава тачност на нивоу микрона- чак и под захтевним условима грејања.
Најпрецизнији алати су често они који су предвиђени да буду стационарни, чак и када се загревају, у савременим системима за обликовање и термичку обраду.
