超高真空加热炉的研制
超高真空加热炉是对材料进行真空加热的专用设备，在超高真空下将材料加热后，通过真空加热的脱气、脱脂、表面净化等作用，得到性能更好的材料。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为相对于普通真空炉，处理后的材料表面更加清洁干净和光亮，机械物理性能更好。本设备主要用于核技术材料的真空加热，自动化程度高，运行平稳。
1、设备的技术参数及主要结构设计
设备由炉体、冷却系统、真空系统、加热系统、控制系统等部分组成，如图1.1 所示。
1.炉体；2.B-A 规；3.放气阀；4.分子泵；5.挡板阀；6.离子泵；7.钛升华泵；8.电阻规；9.干泵
图1 设备主要结构简图
设备的主要技术参数如下：
最高加热温度：1200℃
温度均匀性：±5℃
真空机组的极限真空度高于6×10-8 Pa
炉体空炉冷态真空度：高于6×10-7 Pa
空炉冷态抽空时间：≤50min (充氮气或氩气，从大气抽到6.5×10-5 Pa)
压升率：炉体经高温除气后，本底真空抽到6×10-7 Pa 后空载静态真空维持24 小时，炉内真空度优于8×10-2 Pa。
设备总功率：50 kW
1.1、炉体部分
炉体主要由炉壳、上炉盖、下炉盖、升降机构、加热器、隔热屏、电极以及料盘等组成。炉壳为带水套立式腔体，上面有三个电极接口和一个真空系统接口，上炉盖设有热电偶接口。为满足设备真空度及压升率的要求，除下炉盖与炉壳直接的密封采用水冷橡胶密封外，其余各接口处均采用金属密封形式。加热器为钼片鼠笼形式，上、下、侧面均有隔热屏，料盘、下炉盖与升降机构连接，由电机驱动上下平稳运动。
1.1.1、材料的选择
本设备设计的一个关键点是冷态极限真空高于6×10-7 Pa，为了达到这一指标，炉壳、上、下炉盖选用材料为不锈钢316L，按照超高真空零部件焊接方法进行焊接，达到了很好的气密性。
1.1.2、加热器的设计
本设备的另一个关键点是加热器的设计，为了满足生产工艺的要求，加热器设计为高温钼片鼠笼型结构。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为钼作为加热体，高温物理稳定性好，无污染，可长期在1700℃环境下使用，适合用于超高真空高温炉。
加热器尺寸的确定：首先根据热平衡计算出炉子热量消耗后，首先确定炉子的总功率N 总：
然后根据加热体的布置和接线方法确定加热体的尺寸。本加热体为低电压大电流，根据公式可求出加热体在该工作温度下的电阻。
1.2、真空系统
由于材料真空加热的生产工艺要求的极限真空度非常高，而且在加热过程中材料不断的放气，而真空度还要保持在一定数值之上，这就对真空系统提出了更高的要求。经过计算和选型，选用离子泵、钛升华泵、分子泵为主泵，干泵为前级泵组成无油超高真空系统。真空系统结构示意图如图所示。
1.炉体；2.B-A 规；3.放气阀；4.分子泵；5.挡板阀；6.离子泵；7.钛升华泵；8.电阻规；9.干泵
图2 真空系统示意图
1.3、控制系统
控制系统由一体式工控机触摸屏、PLC 可编程控制器、通讯接口、低压电器组件等组成，实现对以下各项的控制：
(1) 真空系统的泵、阀的手动/ 自动模式控制。以及开闭的真空互锁条件。
(2)加热系统的手动以及自动控制模式。
(3)系统运行参数：真空度显示、加热温度显示、系统运行状态显示、参数修改等功能。
(4)保护系统：水压，水流，水温，真空系统，加热系统之间的连锁保护，控制功能。
2、设备的安装调试
在设备零部件组装完成后，对整个系统用高灵敏度氦质谱检漏仪检漏，确认漏率合格后，对真空管道、真空阀门缠绕加热带进行烘烤，炉体用加热系统加热烘烤，经过连续的烘烤使材料表面的气体除去，逐渐提高设备的冷态极限真空度。
3、结论
经过对客户针对本设备提出的技术参数进行逐一验证，最高加热温度、温度均匀性、真空机组极限真空度、炉体空炉冷态极限真空度、空炉冷态抽空时间、压升率等结果均优于或达到设计指标，设备在使用过程中，运行稳定，使用方便，满足客户生产要求。
