چگونه یک صفحه گرمایشی با صفحه صفحه اینوار-درجه حرارت بالا، پایین-حرارت-گسترش بالا مشخص کنیم؟

یک صفحه گرمایش تمام فولادی به طور قابل توجهی با دما منبسط می شود و به تدریج ابعاد سطح کار را تغییر می دهد. در بسیاری از کاربردهای گرمایش صنعتی این حرکت اهمیتی ندارد. با این حال، در فرآیندهای بسیار{2}دقیق مانند لیتوگرافی نانو چاپ، قالب‌گیری نوری دقیق، پیوند نیمه‌رسانا و شکل‌دهی کامپوزیت با دقت بالا، انبساط حرارتی به یک منبع خطای ابعادی کلیدی تبدیل می‌شود. پاسخ این است که یک لایه نازک از اینوار - یک آلیاژ نیکل-آهن با ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین - را بر روی صفحه کاری ورق بچسبانید و یک ساختار حرارتی مرکب ایجاد کند که از نظر ابعادی بسیار پایدار است حتی زمانی که در دمای بالا کار می کند.

مشخصات صفحه گرمایش صفحه Invar عملکرد گرمایش خوب را از دقت ابعادی در ابزارهای حرارتی مدرن متمایز می کند.

اثرات انبساط حرارتی در صفحات دقیق
مشکل سطوح فولادی سنتی
صفحات فولادی معمولی و فولاد ضد زنگ هنگام گرم شدن بسیار منبسط می شوند. حتی دمای عملیاتی ملایم می تواند منجر به رانش ابعادی قابل تشخیص روی سطوح کاری بزرگ شود.

پیامدهای احتمالی عبارتند از:

تاب برداشتن ویژگی های قالب گیری شده

ناهماهنگی ابزارهای دقیق

تغییر شکل سطح اپتیک

اشتباهات ثبت نام

توزیع فشار غیر یکنواخت

برای کاربردهای اندازه گیری شده در میکرون یا نانومتر، این نوسانات حرارتی می تواند رضایت بخش نباشد.

اینور چه کرد؟
اینوار (معروف به FeNi36) یک آلیاژ آهن{1} نیکل است که به دلیل خاصیت خاص خود در ضریب انبساط حرارتی پایین (CTE) معروف است.

مقادیر معمول انبساط حرارتی عبارتند از:

CTE تقریبی مواد
اینوار (FeNi36) ~ 1.2 x 10^-6 / درجه
فولاد ضد زنگ ~ 10 تا 17 × 10-6 / درجه
این بدان معناست که Invar حدود یک دهم سرعت فولادهای ضد زنگ معمولی گسترش می یابد.

پوست اینوار یک صورت منجمد ابعادی است، آینه ای از فلز که کاملاً ثابت است و گرمای اطراف خود را نادیده می گیرد.

ساخت ساده صفحه گرمایش با صورت اینوار
طراحی بشقاب کامپوزیت
با این حال، صفحه رو به روی Invar به دلایل هزینه، پاسخ حرارتی و کاربردی بودن مکانیکی معمولاً از اینوار جامد ساخته نمی شود. در عوض از یک ساختار کامپوزیت استفاده شده است.

به طور معمول سیستم شامل موارد زیر است:

بدنه ای متشکل از صفحه ای از فولاد ساختاری

بخاری های کارتریجی تعبیه شده است

یک صفحه صورت Invar به سطح کار چسبانده شده است

ماشینکاری دقیق و پرداخت لایه های تکمیلی

این معماری ظرفیت حرارتی و سختی مکانیکی فولاد را با پایداری ابعادی Invar در رابط عملیاتی ضروری ترکیب می‌کند.

انتخاب ضخامت ورق صورت Invar
ضخامت های معمولی
برگه صورت Invar معمولاً در محدوده زیر مشخص می شود:

ضخامت 3 میلی متر و 10 میلی متر

ضخامت به عوامل متعددی بستگی دارد:

سفتی لازم

تحمل صافی سطح

معیارهای پاسخ حرارتی

بار مکانیکی

کمک هزینه برای آسیاب کردن:

منطقه دمای فرآیند

ورق نازک‌تر واکنش‌پذیری حرارتی را افزایش می‌دهد، ورق ضخیم‌تر ممکن است استحکام ابعادی بیشتری داشته باشد و مقاومت بهتری در برابر تغییر شکل سطح بدهد.

تکنیک های باندینگ برای ورق صورت Invar
پوشش از طریق انفجار
روکش انفجاری یک تکنیک بسیار قوی برای اتصال Invar به فولاد است. در یک محیط کنترل شده، اگر دو ماده را با انرژی بالا برخورد کنید، بدون ذوب زیاد به صورت متالورژیکی به هم می پیوندند.

مزایا عبارتند از:

استحکام پیوند بسیار خوب

ضریب اعوجاج حرارتی پایین

قابلیت اتصال به سطح وسیع

قدرت خستگی خوب

لحیم کاری خلاء با دمای بالا
لحیم کاری خلاء روش محبوب دیگری است که برای صفحات با کارایی بالا استفاده می شود. اتصال مواد با استفاده از یک آلیاژ لحیم کاری انعطاف پذیر در دمای بالا و در خلاء انجام می شود.

مزایا عبارتند از:

ایجاد خط پیوند یکنواخت

آلودگی کم

هدایت حرارتی خوب

یکپارچگی رابط کاربری قوی

هر دو رویکرد به منظور ایجاد یک رابط مقاومت حرارتی بسیار کم، در حالی که دوام مکانیکی را از طریق چرخه حرارتی مکرر حفظ می کنند، هستند.

تنش کرنش حرارتی تفاضلی
Invar زیاد منبسط نمی شود، اما صفحه فولادی زیر آن هنگام گرم شدن بسیار منبسط می شود. این منجر به تنش برشی بزرگ در فصل مشترک پیوند می شود.

بنابراین خط اوراق قرضه باید شامل موارد زیر باشد:

چرخه حرارتی تکرار شد

نیروهای انبساط دیفرانسیل

فشرده سازی سطحی زیاد

شوک های مکانیکی

خستگی مزمن

اگر کنتاکت ضعیف باشد یا به اندازه کافی متصل نشده باشد، ممکن است در سرویس دهی لایه لایه شود، ترک بخورد یا مخدوش شود.

بنابراین، سیستم‌های باند انعطاف‌پذیر با کیفیت بالا یک پیش نیاز در هر مشخصات صفحه گرمایش ورق صفحه Invar قابل توجه است.

صافی سطح و الزامات تکمیلی
سنگ زنی و پرداخت دقیق
پس از چسباندن، معمولاً صورت Invar دقیقاً ماشین‌کاری، تراش داده شده و صیقل داده می‌شود تا تحمل صافی بسیار محکمی حاصل شود.

بسته به کاربرد، مشخصات می تواند شامل موارد زیر باشد:

صافی در سطح میکرون

مشخصات زبری سطح

محدودیت های موازی

پرداخت های پولیش با کیفیت نوری

فرآیند تکمیل آخرین موردی است که هندسه Invar نهایی را تعیین می کند و کیفیت آن مستقیماً بر دقت رویه تأثیر می گذارد.

حتی دمای سرتاسر صورت
توزیع یکنواخت دما نیز قابل توجه است. حتی یک ماده پایدار از نظر ابعادی نیز می‌تواند با تغییرات دما زیاد روی سطح صفحه، کمی تغییر شکل دهد.

نقشه برداری حرارتی و منطقه بندی بخاری ها به طور گسترده ای استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود:

دمای ثابت صورت

حداقل تلفات لبه

نرخ رمپ (کنترل شده)

حالت پایدار در حال اجرا با ثبات

بخاری های کارتریج جاسازی شده
قاب فولادی را گرم کنید
منبع گرمای اصلی معمولاً با استفاده از بخاری های کارتریج در الگوهای دقیق برنامه ریزی شده در بدنه ورق فولادی ادغام می شود.

چیدمان بخاری باید در نظر گرفته شود:

هدایت حرارتی فولاد

لایه Invar وارد گرما می شود

جلوه های خنک کننده لبه

بارگیری فرآیند تماس

محل سنسور دما

موقعیت صحیح بخاری ها از ایجاد نقاط داغ محلی که می توانند یکنواختی حرارتی در سطح Invar را مختل کنند، جلوگیری می کند.

پاسخگویی در مقابل جرم حرارتی
ساخت و ساز فولاد سنگین فراهم می کند:

سختی مکانیکی

قابلیت ذخیره حرارت

استحکام ساختاری

در همین حال، دقت ابعادی در رابط کاری روی صفحه Invar حفظ می شود.

این تعادل یک پایه حرارتی بسیار پایدار برای فرآیندهای تولید دقیق می دهد.

بازرسی و کنترل کیفیت
تست باند اولتراسونیک
تکنیک‌های بازرسی اولتراسونیک که قادر به تشخیص یکپارچگی پیوند هستند معمولاً برای تأیید استفاده می‌شوند:

شکاف ها

لایه‌برداری-

پیوند ناکافی

ترک در فضای داخلی

آزمایش غیر مخرب یک مرحله کنترل کیفیت بسیار مهم است، زیرا ممکن است نقص رابط در طول چرخه گرما افزایش یابد.

تایید حرارتی
صفحات تمام شده نیز می تواند باشد

نقشه برداری سطح حرارتی

بررسی صافی در دمای عملیاتی

تست چرخه حرارتی

ارزیابی پاسخ پویا

ساختار کامپوزیت برای تایید عملکرد صحیح آن در شرایط کاری واقعی تایید شده است.

کاربردهای معمولی برای صفحات با نمای اینوار عبارتند از:
فرآیندهای ساخت با دقت بالا
صفحات گرمایشی با صفحه های اینوار اغلب برای موارد زیر مشخص می شوند:

لیتوگرافی Nanoimprint

قالب گیری لنز نوری

پیوند ویفر نیمه هادی.

پخت کامپوزیت دقیق

لایه لایه نازک

اجزای تشکیل دهنده هوافضا

این کاربردها به هندسه بسیار پایدار در طول چرخه گرمایش نیاز دارند.

به طور خلاصه
یکی از موفق‌ترین راه‌حل‌های مهندسی برای کنترل اعوجاج حرارتی در ابزار دقیق گرمایشی، صفحه گرمایشی با نمای اینوار است. این طرح با ترکیب استحکام ناهموار و جرم حرارتی فولاد با رفتار انبساط حرارتی نزدیک به صفر لایه بالایی Invar، پایداری ابعادی عالی را در دماهای کاری بالا ارائه می‌کند.

مشخصات مهندسی شده درست برای صفحه گرمایش صفحه Invar باید کیفیت اتصال، یکنواختی حرارتی، صافی سطح، آرایش بخاری و استقامت چرخه حرارتی طولانی مدت را در نظر بگیرد. دستگاه به دست آمده یک پلت فرم حرارتی بسیار پایدار است که حتی در شرایط گرمایشی سخت، دقت میکرونی- را حفظ می کند.

بالاترین دقت ابزارها اغلب آنهایی هستند که در سیستم‌های شکل‌دهی و پردازش حرارتی مدرن حتی در هنگام گرم شدن ثابت باشند.