國內外金屬化爐概述

2009-11-24 劉曉芳北京真空電子技術研究所

　　隨著電真空技術的不斷發展,對陶瓷與金屬封接件的要求也越來越高,在其制造過程中金屬化這道工序是極為關鍵的,金屬化的質量直接會影響到封接件的質量和可靠性。那么金屬化爐便成為影響產品質量的關鍵設備。近十幾年來,我國一些企業從國外引進了一些金屬化爐,國內的一些制造廠也生產了大量用于陶瓷金屬化的設備,其中有些廠家吸取了國外設備的許多優點并不斷改進,再加上近年來國內金屬制造業和耐火材料制造業的發展,生產出了比較先進實用的金屬化爐,為國內陶瓷金屬化的規模生產提供了優良的設備。

　　金屬化爐主要分為立式和臥式兩種類型。立式爐為間歇式爐,它的特點是溫度曲線可隨著所燒產品的類型而進行特殊設置,可以燒結尺寸比較大的產品,可以控制干濕氫的轉換,耗氣量較小,可以靈活地進行生產,其缺點是產量低,溫度均勻性不太好,易出現花斑和金屬化面發花的現象。臥式爐為連續式爐,適于大批量生產,工藝調整好后能夠穩定生產,產品一致性較好,其缺點是溫度曲線不宜經常變化,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。下面對兩種類型的金屬化爐的結構和特點進行以下概要介紹。

1、臥式爐

　　以美國進口的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) 下進行工作,其外形見圖1所示。氮氫混合氣是由液氨分解制成,生產成本較低,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。需進爐的產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、返回推桿來完成連續循環工作。產品的推進速度可調節,每個加熱區獨立進行加熱,這樣就可滿足不同的金屬化工藝曲線。如降低推進速度可使預熱、保溫及降溫時間延長。工藝氣體的輸入和排出由氣體控制系統完成。

爐子外形圖

圖1 　爐子外形圖

1.2、爐子的幾個主要組成部分

1.2.1、傳送及驅動系統

　　驅動系統由四個推桿組成,每個推桿由一個直流馬達帶動,其中主推桿因需推二十多塊推板和產品,馬達的功率較大。推板由耐高溫的耐火材料制成,缺點是進爐多次后易開裂,容易卡舟,需經常觀察,及時更換。推板也可用鉬板,使用壽命長,但造價較高。返回傳送帶由金屬框架構成,有底輪和側輪,可減少推板運動時的摩擦力。

1.2.2、出入口

　　出、入口門由鋼板制成,由壓縮空氣控制氣動閥門完成開關門動作。門口設有天然氣常明火和紫外線探測器,一旦火頭熄滅,它會立即啟動點火器點火,將天然氣點燃。在關門時出入口的氫氣量較小,開門前自動將氣量增大,這時爐子保持正壓,可防止空氣過多地進入爐內,造成產品出爐時金屬化面氧化。兩爐門方向均與推進方向成90°。國內有的廠家在爐門處作了一些改進,如出口爐門與推進方向成180°,相當于延長了冷卻段,使產品的出爐溫度有所降低,開門時還可減少外部空氣進入爐內。另外,還縮短了開啟爐門的時間,減少了開門時的耗氣量。

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,熱量直接輻射至產品上。其優點是加熱子不與耐火材料接觸,不會發生爐管或爐絲板燒熔現象。爐膛的底部由若干個爐底板組成,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。卡舟對于臥式氫爐來說是一個不好處理的故障,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,開蓋更換爐絲) ,再將推板依此推入,升溫工作,既耽誤時間又毀壞了一些推板和鉬舟。每個加熱區上方安裝一個熱電偶,其信號傳至中央控制器自動控制爐內溫度。熱偶為鉑銠熱偶,外套一根致密的剛玉管,防止氫氣進入,管內充氮氣保護。國內現在主要采用鎢錸熱偶,其造價低,適于在氫氣中使用,但其穩定性較差,易漂移,因此需經常檢測。內腔外是幾層高溫耐火磚,最外層是幾層輕質保溫磚。

　　在預熱區的上方有一個排氣口,內置一個瓷質煙囪,從排氣口逸出的氫氣由天然氣常明火點燃,并設有一個紫外線探測器,其作用同出入口的紫外線探測器。從爐內排出的有機物質也會在瓷制煙囪內堆積,因此爐子使用一定時間后,需清理瓷煙囪內的污物,防止其結塊后掉入爐內污染產品或因爐內排氣不暢而影響金屬化質量。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,內通冷卻循環水,使產品在該段能較快地降溫。冷卻水量由人工控制,可根據出口水溫來進行調節。有些廠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觀察口,在卡舟和處理時觀察爐內情況。

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,所以必須設置一個濕氫裝置。它位于冷卻區的旁邊,一部分干氫進入濕氫罐后變成濕氫再進入爐內,罐內應用去離子水(因自來水易結垢,會造成管路堵塞) 。濕氫裝置還配有加熱器和水位計。加熱器可自動控制罐內的水溫,水位計可自動調節罐內的水位,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。