超高真空加熱爐是對材料進行真空加熱的專用設備，在超高真空下將材料加熱后，通過真空加熱的脫氣、脫脂、表面凈化等作用，得到性能更好的材料。真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為相對于普通真空爐，處理后的材料表面更加清潔干凈和光亮，機械物理性能更好。本設備主要用于核技術材料的真空加熱，自動化程度高，運行平穩。

1、設備的技術參數及主要結構設計

　　設備由爐體、冷卻系統、真空系統、加熱系統、控制系統等部分組成，如圖1.1 所示。

1.爐體；2.B-A 規；3.放氣閥；4.分子泵；5.擋板閥；6.離子泵；7.鈦升華泵；8.電阻規；9.干泵

圖1 設備主要結構簡圖

　　設備的主要技術參數如下：

　　最高加熱溫度：1200℃

　　溫度均勻性：±5℃

　　真空機組的極限真空度高于6×10^-8 Pa

　　爐體空爐冷態真空度：高于6×10^-7 Pa

　　空爐冷態抽空時間：≤50min (充氮氣或氬氣，從大氣抽到6.5×10^-5 Pa)

　　壓升率：爐體經高溫除氣后，本底真空抽到6×10^-7 Pa 后空載靜態真空維持24 小時，爐內真空度優于8×10^-2 Pa。

　　設備總功率：50 kW

　　1.1、爐體部分

　　爐體主要由爐殼、上爐蓋、下爐蓋、升降機構、加熱器、隔熱屏、電極以及料盤等組成。爐殼為帶水套立式腔體，上面有三個電極接口和一個真空系統接口，上爐蓋設有熱電偶接口。為滿足設備真空度及壓升率的要求，除下爐蓋與爐殼直接的密封采用水冷橡膠密封外，其余各接口處均采用金屬密封形式。加熱器為鉬片鼠籠形式，上、下、側面均有隔熱屏，料盤、下爐蓋與升降機構連接，由電機驅動上下平穩運動。

　　1.1.1、材料的選擇

　　本設備設計的一個關鍵點是冷態極限真空高于6×10^-7 Pa，為了達到這一指標，爐殼、上、下爐蓋選用材料為不銹鋼316L，按照超高真空零部件焊接方法進行焊接，達到了很好的氣密性。

　　1.1.2、加熱器的設計

　　本設備的另一個關鍵點是加熱器的設計，為了滿足生產工藝的要求，加熱器設計為高溫鉬片鼠籠型結構。真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為鉬作為加熱體，高溫物理穩定性好，無污染，可長期在1700℃環境下使用，適合用于超高真空高溫爐。

　　加熱器尺寸的確定：首先根據熱平衡計算出爐子熱量消耗后，首先確定爐子的總功率N 總：

　　然后根據加熱體的布置和接線方法確定加熱體的尺寸。本加熱體為低電壓大電流，根據公式可求出加熱體在該工作溫度下的電阻。

　　1.2、真空系統

　　由于材料真空加熱的生產工藝要求的極限真空度非常高，而且在加熱過程中材料不斷的放氣，而真空度還要保持在一定數值之上，這就對真空系統提出了更高的要求。經過計算和選型，選用離子泵、鈦升華泵、分子泵為主泵，干泵為前級泵組成無油超高真空系統。真空系統結構示意圖如圖所示。

1.爐體；2.B-A 規；3.放氣閥；4.分子泵；5.擋板閥；6.離子泵；7.鈦升華泵；8.電阻規；9.干泵

圖2 真空系統示意圖

　　1.3、控制系統

　　控制系統由一體式工控機觸摸屏、PLC 可編程控制器、通訊接口、低壓電器組件等組成，實現對以下各項的控制：

　　(1) 真空系統的泵、閥的手動/ 自動模式控制。以及開閉的真空互鎖條件。

　　(2)加熱系統的手動以及自動控制模式。

　　(3)系統運行參數：真空度顯示、加熱溫度顯示、系統運行狀態顯示、參數修改等功能。

　　(4)保護系統：水壓，水流，水溫，真空系統，加熱系統之間的連鎖保護，控制功能。

2、設備的安裝調試

　　在設備零部件組裝完成后，對整個系統用高靈敏度氦質譜檢漏儀檢漏，確認漏率合格后，對真空管道、真空閥門纏繞加熱帶進行烘烤，爐體用加熱系統加熱烘烤，經過連續的烘烤使材料表面的氣體除去，逐漸提高設備的冷態極限真空度。

3、結論

　　經過對客戶針對本設備提出的技術參數進行逐一驗證，最高加熱溫度、溫度均勻性、真空機組極限真空度、爐體空爐冷態極限真空度、空爐冷態抽空時間、壓升率等結果均優于或達到設計指標，設備在使用過程中，運行穩定，使用方便，滿足客戶生產要求。