真空炉は極端な温度に耐え、真空の完全性を維持するために特殊な材料を利用する。主な材料には、部品を加熱するための高温金属合金（ステンレス鋼、ニッケルクロム、モリブデン、タングステン、タンタル）および非金属元素（グラファイト、炭化ケイ素）が含まれる。炉室とレトルトにはガス気密性の高い高温鋼が使用されることが多く、真空システムにはポンプ、バルブ、ゲージが統合されている。これらの材料は、制御された雰囲気下での先端セラミックス、金属粉末、半導体、電池材料の精密加工を可能にする。
キーポイントの説明
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発熱体
- 金属合金:ステンレス鋼、ニッケル-クロム、モリブデン、タングステン、タンタルなどは、融点が高く、低圧環境下でも酸化しにくいため一般的です。
- 非金属材料:優れた熱伝導性と1,500℃を超える温度での安定性から、グラファイトと炭化ケイ素が好まれる。
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炉室とレトルト
- 耐熱鋼 耐熱鋼 ガス気密性と耐久性を確保します。
- レトルト（レトルト炉で使用）は、熱を封じ込め、汚染から材料を保護するために特別に設計されています。
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真空システムコンポーネント
- ポンプ:メカニカルポンプ、ディフュージョンポンプ、ルーツポンプは、7 × 10-³ Paまでの真空レベルを実現します。
- バルブとゲージ:圧力調整と真空の完全性を監視するために重要です。
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アプリケーションと加工材料
- アドバンストセラミックス:炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ。
- 金属粉末:チタン合金、超合金、ステンレス鋼。
- 半導体:シリコンウェハー、ガリウムヒ素
- 電池材料:固体電解質、正極/負極材料
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構造・支持部品
- 炉殻:通常、断熱材入りのスチールベース。
- 輸送装置:焼結中の材料の安全な取り扱いを保証します。
システム統合の詳細については 真空炉システム .
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熱管理
- 断熱:高純度アルミナまたはジルコニアファイバーが熱損失を最小限に抑えます。
- 冷却システム:水冷ジャケットまたはガスクエンチシステムにより、迅速な温度制御が可能。
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材料適合性
- 耐熱金属 耐火性金属 (タングステン、モリブデン）および 希少合金 (タングステン-銅）を劣化させることなく処理できるように設計されています。
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操作上の考慮事項
- 雰囲気の柔軟性:真空処理と並行して不活性ガス焼結にも対応。
- 精密制御:PID温度制御装置により、光電子コーティングのような高感度材料の均一加熱が可能です。
これらの材料選択により、真空炉は産業および研究の厳しい要求を満たすことができます。
総括表
| コンポーネント | 使用材料 | 主要特性 |
|---|---|---|
| 発熱体 | ステンレス鋼、ニッケル・クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、グラファイト、SiC | 高融点、耐酸化性、熱安定性（1,500℃以上） |
| 炉室 | 高温スチール | 気密性、過酷な条件下での耐久性 |
| 真空システム | 機械式/拡散ポンプ、バルブ、ゲージ | 超高真空(7×10-³ Pa)を実現、精密な圧力調整 |
| 断熱材 | アルミナ/ジルコニアファイバー | 熱損失を最小限に抑え、温度均一性を維持 |
| 加工材料 | アドバンストセラミックス、金属粉末、半導体、電池材料 | 耐火性金属（タングステン、モリブデン）および高感度コーティングに対応 |
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