對于工藝工程師來說，滿足干燥、固化和烘烤溫度敏感組件的要求可能具有挑戰(zhàn)性。當升高溫度不是一種選擇時，降低壓力可能是一種有效的工藝工具。在真空烘箱中使用低壓條件可以通過在較低溫度下排出滯留的水分和氣體來抵消熱量限制的限制。為了獲得的排氣和干燥效果，需要加熱和真空的結合。

真空干燥和排氣在制藥、電子、醫(yī)療設備和航空航天工業(yè)中很常見，在這些行業(yè)中，脆弱的有機化合物、塑料部件、樹脂和聚合物設備必須在沒有高溫加工的破壞性影響的情況下進行干燥和固化。真空爐處理雖然有效，但也充滿了障礙。真空是一種不良的熱導體，因此它是地球上的絕緣體。換句話說，輔助干燥過程的真空也阻礙了熱量傳遞到您的產(chǎn)品。

1. 加熱對真空干燥、脫氣至關重要

在環(huán)境溫度下將組件暴露在真空中會很快導致樣品本身低于環(huán)境溫度。隨著壓力下降，分子會揮發(fā)并被真空泵排出。從液體到氣體的相變消耗了熱能，從而降低了樣品的溫度。隨著排氣的繼續(xù)，溫度繼續(xù)下降并形成冰袋。一旦水結冰，就很難將其從樣品中去除。出于這個原因，單獨的真空處理很少足以脫氣或干燥樣品。利用增加熱量和減少壓力的真空爐是對這些溫度敏感樣品進行一致、處理的關鍵。

傳熱的方式主要有對流、傳導和輻射三種。篝火很好地說明了熱量的三種移動方式。大多數(shù)過程加熱應用依賴于對流，就像在篝火上烤棉花糖一樣。詢問任何 Eagle Scout 或熱力學專家，他都會告訴您將棉花糖放在火焰上方的加熱空氣中，使其烘烤而不會燃燒。不是火本身，而是火上方的熱空氣正在烤制即將到來的食物。

如果你拿著一根一端在火中的金屬串燒幾分鐘，你會注意到把手很快摸起來很燙。金屬本身通過第二種見的傳熱方法：傳導沿整個長度傳遞熱量。最后，坐在篝火旁，你會感覺到四面八方散發(fā)的溫暖是由于輻射。

和的傳熱方法是對流。在干燥應用中，熱空氣在產(chǎn)品周圍循環(huán)，加熱產(chǎn)品并導致滯留的水分和氣體隨著時間的推移而揮發(fā)。對流烤箱具有金屬架或穿孔擱架以促進空氣流通，因為這是熱傳遞的主要熱源。這種傳熱方法在真空加工中不起作用。缺乏氣氛會阻止對流傳熱。隨著對流的取消，真空過程依賴于傳導，在較小程度上依賴于輻射將熱量傳遞給樣品。

2. 不只是大量的熱空氣

傳導是第二個的傳熱形式。傳導需要兩個相互接觸的物體，以便熱量從一個物體傳遞到另一個物體。在真空爐處理的情況下，熱量從擱板表面?zhèn)鬟f到樣品。為了限度地提高傳導熱傳遞的效率，為架子結構仔細選擇正確的金屬是很重要的。熱導率表示為由于溫度梯度而通過單位厚度傳遞的熱量。換句話說，熱導率是對熱量在任何給定材料上移動的均勻性和效率的計算?；◢弾r具有 1.7 W/(m·K) 的低導電性能。在光譜的另一端，金剛石是 1000 W/(m·K) 的熱導體。銀等金屬，

為了在真空烤箱中進行高效且經(jīng)濟實惠的熱傳遞，鋁是擱板結構的。最糟糕的選擇是不銹鋼。高品質真空烤箱始終配備堅固的鋁制擱板，以促進的熱傳遞。

熱導率值不僅對熱傳遞很重要，而且對敏感產(chǎn)品的保護也很重要。不具有高導熱性的材料（如不銹鋼）會不均勻地傳遞熱量，從而導致熱點、溫度峰值和不均勻的批處理。

種傳熱方法是輻射。與依靠原子傳遞熱量的對流和傳導不同，輻射使用沿紅外光譜的電磁波來傳遞熱量。太陽通過輻射將熱量通過太空真空傳遞到地球。我們的太陽是一個巨大的核反應堆，重 2×1030 公斤，每秒發(fā)出 3.86 x 1027 千瓦的功率。在稱為真空爐的小金屬盒中很難重現(xiàn)這種水平的熱傳遞。盡管來自太陽的所有熱能都通過輻射傳遞到地球表面，但主要是通過傳導和對流將熱量傳遞到空氣中。

盡管是低、速度最慢的傳熱方式，但輻射只是真空處理等式的一小部分。熱量將通過來自實際熱源（通常是均勻放置在容器外部的輻射加熱器）和腔室內(nèi)其他表面的輻射傳遞。這就是事情變得棘手的地方。依靠輻射來持續(xù)加熱您的樣品需要您了解樣品的確切傳熱系數(shù)及其接觸的一切。如果烤箱中的樣品——例如電路板——放在一個堅固的架子上，它的底面會受到熱輻射的影響。這意味著頂部將以不同的速率處理。如果電路板在電線架上——比如對流烤箱架——電路板將比在堅固的架子上暴露得更多，但與線架接觸的地方不會受到輻射，會受熱不均。樣品和架子是黑色、白色、拋光還是啞光？所有這些變量都會影響熱傳遞。

樣本隨時間的變化也會產(chǎn)生影響。對于酚醛樹脂，傳熱系數(shù)會隨著樣品從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)而發(fā)生變化。高導熱貨架可以通過在貨架上均勻傳導熱量來減輕輻射傳熱的破壞性影響。

3. 熱源優(yōu)化布置

對流烤箱可以使用在腔室周圍循環(huán)的大量熱空氣來均勻地為樣品加熱。腔室中快速流動的空氣使加熱器的分布和放置成為整體加熱器功率和氣流的次要問題。純粹就溫度均勻性而言，一個較大的加熱器與多個較小的加熱器一樣有效。然而，在真空爐中，加熱器的分布和放置至關重要。因為我們幾乎依賴傳導，所以加熱器在腔室周圍良好分布并將熱量均勻地傳遞到架子上是很重要的。加熱器瓦數(shù)應均勻分布在容器的兩側，因為貨架上的水平傳輸是加熱的主要載體。

盡管由于腔室中缺乏空氣，腔室頂部的熱空氣池不是問題，但加熱器的頂部安裝是最不理想的位置。在樣品上方加熱容器的頂部安裝的加熱器將無法有效地在多個架子上均勻地驅動熱量。此外，來自加熱器的輻射可能對最上面的樣品產(chǎn)生不利影響，而根本不向下部擱架提供任何熱量。

4. 做一個控制狂

如果控制回路無效，正確的架子、加熱器放置和加熱器瓦數(shù)都只是喋喋不休。標準溫度探頭在真空烤箱中將無效，因為沒有空氣對其進行加熱。理想情況下，探頭應從導電表面之一進行測量。通過將溫度探頭靠近貨架放置，我們可以確?？刂苹芈犯檶嶋H內(nèi)部溫度。PID 應在控制器內(nèi)使用，以防止溫度峰值和波動。由于真空而導致的響應時間緩慢將使自動調(diào)諧無用?？刂茀?shù)必須手動設計。正確的控制回路將有一個與架子接觸的內(nèi)部探頭和一個具有專為真空應用設計的 PID 值的穩(wěn)健控制器。

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