真空技术在工业领域的应用

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欢迎访问e展厅 展厅 2 真空设备/泵展厅 水泵, 罗茨泵, 螺杆泵, 齿轮泵, 离心泵, ... 真空技术并不是单纯地追求“低于一个大气压状态下的特定空间”而是利用真空这个物理条件来完成在大气压下无法实现的各种崭新工艺。 近几年来，真空工业发展十分迅速，究其原因，主要是由于其他工业技术领域对真空技术的需求增加。 真空技术与冶金工业 钢液真空处理是真空冶金的一个很重要方面，它是把平炉、转炉或电炉在大气下熔炼的钢液以不同的工艺方式置于真空环境之中，使其脱气，排出有害杂质以及进行合金化的过程。目前这种装置在世界各国已经成为现代化钢铁企业最基本的组成部分。例如美国、西德、日本、苏联等国其轴承钢、电工用钢和优质大型锻件都１００％进行真空脱气处理，并以此作为国家标准。 随着现代科学技术的发展，特别是航空航天技术及军工生产对于金属材料要求的不断提高，更是离不开真空技术。 真空熔炼是真空冶金的一个重要分支，它能精确地控制产品的化学成分、提高产品的纯洁度以及改善产品的铸态组织。 真空感应熔炼是一种成熟的真空熔炼方法，主要用来生产供二次真空用自耗电极和精密铸造零件，大型真空感应炉也用来生产优质特殊钢锭。 冷坩埚熔炼又称感应壳熔炼，其特点在于避免了未用耐火材料坩埚造成的污染，因而可无污染地熔炼活泼金属及难溶金属。 真空电弧重熔是一种成熟的真空重熔技术，主要用于生产钛基、镍基或钴基高温合金、钛、锆等活泼金属及钨、钼、铌、钽等难熔金属，大型炉子也用来重熔特殊钢。 随着空间技术、半导体工业的迅速发展，电子束重熔亦有很大进展，熔炼范围业已从难熔金属扩展到半导体材料和一些具有特殊用途的钢种熔炼。 真空技术与电子工业 随着微电子技术的发展，电子元器件、电路的尺寸越来越小，集成度愈来愈高，促使真空技术与微电子技术关系更为密切，并成为一门不可缺少的技术。 据报道，日本真空厂商的销售额中２／３是面向电子工业，其中有一半是面向集成电路。在近代集成电路制造的工艺中，有一半工序是在真空环境下进行的，而当今的超大规模集成电路大约有３／４的工序需要有真空条件。 超大规模集成电路关键技术之一就是微细加工技术，其几何图形结构的形成是用了电子束曝光、Ｘ射线曝光、远紫外线曝光和粒子束曝光等技术，为了得到亚微米线宽，必须采用干法刻蚀技术，包括粒子束刻蚀、等离子刻蚀、反应粒子刻蚀及反应等离子刻蚀。超薄层生长技术则包括蒸发、溅射、化学气相沉积（ＣＶＤ），等离子体ＣＶＤ、有机金属ＣＶＤ、分子束外延等。为了精确地控制掺杂，这里又用到了粒子束注入技术。上述这些工艺装置一般具有两个特点：一是装置的自动化程度高；二是需要有高质量的真空环境。至于检测和诊断方面所用到的高能电子衍射和低能电子衍射、间歇电子能谱仪、二次离子谱仪也都要求在清洁的超高真空环境下工作。 真空技术与机械制造 １、 真空热处理：真空热处理是真空技术与热处理工艺相结合的产物。由于它具有不氧化、不脱炭、表面光亮、变形量小、无污染和节能等优点，因而发展十分迅速。真空热处理不仅用于处理活泼难熔金属，而且在高速钢、工具钢、膜具钢、轴承钢、耐热钢等的淬火、回火、固熔处理和退火方面均有广泛的用途。例如工具钢用真空淬火，其变形量盐浴淬火工具的１／３～１／５，用真空淬火的工具来加工工件，其表面粗糙度优于盐浴淬火工具１～２级，工具使用寿命可提高３～４倍 ２、 真空钎焊：真空钎焊主要用于铝及其合金、高温合金、难熔金属、硬质合金、陶瓷等可焊性差的材料的连接。例如气体分离设备、石油化工设备中的枚式换热器，他全部由铝合金材料制成，具有体积小、重量轻、效率高、结构紧凑、耐用等优点。每立方米体积的枚式换热面积可达１０００米 ２ 以上，与绕管式和列管式换热器相比，其体积与重量仅占１／４左右，未用真空无钎剂铝钎焊与过去盐炉钎炉相比，产品质量好、成本低、生产周期短、无腐蚀、焊后不用清洗，而且省电７５～８０％。由于真空铝钎焊工艺的成熟和发展，目前国外汽车和飞机所使用的换热器，大都已采用这种先进工艺。 ３、 真空涂层刀具：近十年来，利用物理气相沉积（ＰＶＤ），在高速钢刀具上镀Ｔｉｎ十分盛行，北称之为“刀具革命”。刀具离子镀的方法很多，其中发展较快的就是电弧离子度，他就是采用电弧放电的方法在固体的阴极靶材上直接蒸发金属。被蒸发的钛靶接阴极，真空室为阳极，当触发电机与阴极靶突然脱离时，于是就引起电弧，在阴极表面产生强烈发光的阴极斑点，于是在这斑点内的材料就瞬时蒸发并电离。电弧离子镀的主要优点是沉积速率高、无溶池、阴极靶可根据工件形状在任意方向布置，使夹具大为简化。通过大量生产试验表明：涂层刀具的寿命是为镀刀具的３～８倍，课题高切削速度２５～３０％，特别对于ＨＢ２８０～３２０的难加工材料，Ｔｉｎ涂层更显示出他优越的性能。 真空技术与电工产品 １、 电缆的干燥和浸渍：目前电力电缆大都采用纸来绝缘，然后用绝缘介质进行浸渍。这种绝缘纸一般吸收６～８％水分，直接影响绝缘性能。因而需要在压力为１～１０－１Ｐａ，工件温度为１２０下对绝缘纸进行加热干燥。另外对于绝缘介质的绝缘性来说，亦与水的含量与气体的含量有关。一般电缆油的含水量月５０ｐｐｍ，要求必须降到３ｐｐｍ，他也需要在压力为１Ｐａ下加热到适当温度进行脱气处理。通常对于纸绝缘电缆都是采用在真空下直接通电加热法，电缆经过干燥后，就将经过干燥和脱气的绝缘介质输送到浸渍罐内，并在液面上加３巴的压力来进行浸漆。 ２、 电机的真空——压力浸漆：为了提高大中型电机质量和可靠性，现在均采用真空——压力浸漆工艺，即将电机的定子、转子显防到烘炉内预热，然后在浸漆罐内抽空，在把漆输入罐内，浸没电机，用氦气在液面上加６巴的压力以实现压力浸子，最后再送到烘炉，在一定的温度和实践条件下，使电机的绕组和铁芯固化成一整体，这就是所谓整浸电机。其主要优点是整体性强、绝缘的导热性好、提高了电机的出力，一般可提高１０～１５％，有降低了电机的噪声和提高了电机的防潮能力。 ３、 变压器的气相干燥：真空气相干燥是一种先进的干燥工艺。他与传统的热风干燥相比，可缩短周期１／２～２／３，节省能源２５％以上，特别是对于生产２２０～５００ｋｖ的大型变压器，气相干燥工艺成为决定产品最终质量的关键工序。一般纤细绝缘材料得初始含水量为６～８％，干燥后最终含水量要降到０．５～０．１％，气相干燥方法使用煤油蒸汽作为载热介质在真空状态下进行加热，由于煤油的饱和蒸汽压力比水低，比变压器的饱和蒸汽压力高，所以既能使水分在加热阶段温度比较低时就开始释放出来，又能在加热完了以后，使煤油很容易蒸发掉，而且煤油也是一种良好的清洗溶剂，干燥后提高了产品的清洁度而使电气性能提高。 真空树脂浇注：国外对于变压器、互感器、开关等已大量采用真空树脂浇注工艺。这种浇注树脂的组成物（树脂、填充剂、固化剂）都必须在真空下加热、干燥和混合，以使浇注树脂的含水量和气体量降到最低程度，作为这种工艺在最重要部分的浇注工序亦必须在真空条件下进行，以获得无气泡的铸件。环氧树脂真空浇注的电工产品与一般绝缘方式相比，具有结构紧凑、体积小、可户外运行，不用任意液体介质，无爆炸燃料危险等一系列优点，因而广泛应用与高层建筑、石油、化工、机场、地铁等。 真空技术与新型建筑材料 在近代建筑学派中出现一种叫做“光亮派”建筑，这种建筑物其迎光部位几乎全部用玻璃作为“墙幕”，于是对建筑玻璃就提出了两个要求：一是美观；二是节能。 在低纬度近赤道的热带和亚热带地区，光照时间长，如采用没有镀膜的建筑玻璃，则从室外通过玻璃而照射到室内的太阳能高达８５％，大大增加了室内的空调费用。如果在建筑玻璃上镀一层阳光控制膜，则透过的能量可降到１７％。这种阳光控制膜的制作就是在真空条件下在透明或带色玻璃的表面上镀一层部分透光的金属膜，如铬、镍、钛、不锈钢和高级合金钢等，他可以在可见光范围内提高反射率和吸收率，以减少能量从外界到建筑物内的传输。 在高纬度的温带和寒冷地区，如果采用没有镀膜的双层中空玻璃，室内的能量其中有８０％是通过玻璃而传输到室外。如在双层中空玻璃的内侧一表面镀上低辐射膜，热量传输损失可降低到４０％。这类低辐射膜比较理想的是氧化铟锡膜，其可见光透过率约为７５％，红外反射率达９０％。 除了上述的遮阳膜和隔热膜外，还有一种“遮阳和隔热兼有“的膜层，这类膜的材料可采用金、银、铜这三类有选择的金属，一般是将金属夹在二层氧化物之间，一改进附着强度和保护金属镀层。他绕在可见光范围有较高的透过率，在红外范围内又有较高的反射率。 真空技术与新型永磁材料 新型永磁材料钕、铁、硼（Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ）是１９８３年出现的第三代稀土永磁材料，它的磁能积比钐－钴（ＳｍＣＯ２）永磁合金高一倍，比铝镍钴（Ａｉ－Ｎｉ－Ｃｏ）ＧＡＯ６～７倍，比铁氧体高十几倍，因而引起磁学界极大的关注和制造厂用户的浓厚兴趣。由于我国钕储量占世界总储量的８０％，因此大力开发钕铁硼永磁材料的研究和生产，具有广阔的前景和重要的经济价值。 钕是化学性极为活泼的元素，因此钕铁硼永磁材料的真个制作工艺几乎全部在无氧的真空环境下进行。首先是制备成份合适的母合金，其有效的制备工艺就是真空熔炼。将合金变成粉末也必须在无氧条件下进行，就以机械破碎而言，离不开密封技术。气流粉碎则以真空密封系统为基础，附加一系列专用机构。磁体的烧结、热处理更必须在真空或保护气氛下进行。最后磁体表面涂层也用到了真空浸渍或离子镀技术。 在高纬度的温带和寒冷地区，如果采用没有镀膜的双层中空玻璃，室内的能量其中有８０％是通过玻璃而传输到室外。如在双层中空玻璃的内侧一表面镀上低辐射膜，热量传输损失可降低到４０％。这类低辐射膜比较理想的是氧化铟锡膜，其可见光透过率约为７５％，红外反射率达９０％。 除了上述的遮阳膜和隔热膜外，还有一种“遮阳和隔热兼有“的膜层，这类膜的材料可采用金、银、铜这三类有选择的金属，一般是将金属夹在二层氧化物之间，一改进附着强度和保护金属镀层。他绕在可见光范围有较高的透过率，在红外范围内又有较高的反射率。 最近国外又研制成汽车风挡玻璃的夹层导电膜，这种夹层模式有上下二层保护性透明氧化膜和中间一层低电阻的金属膜所组成，其薄膜电阻是４～４ . ５欧姆／块，可见光透过率７５％以上，当通电后能在－１７的气温下降３毫米冰层在２分钟内溶化完。 再镀膜工艺方面，上述几种不同功能的玻璃都是采用磁空间设计数来制作。由于磁控溅射法操作简单可控、镀层均匀、重复性良好，所以真空镀膜建筑玻璃已进入工业生产阶段。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (8/17/2006)