वैक्यूम चैंबर के उपयोग के लिए हीटिंग प्लेट कैसे निर्दिष्ट करें?

निर्वात कक्ष में वायु की अनुपस्थिति संवहन ताप स्थानांतरण को समाप्त कर देती है। ऊष्मा का स्थानांतरण केवल चालन (वर्कपीस संपर्क) और विकिरण के माध्यम से होता है। वैक्यूम सेवा के लिए हीटिंग प्लेटें इस असामान्य गर्मी हस्तांतरण व्यवस्था के लिए बनाई जानी चाहिए, और स्वयं संदूषण का स्रोत नहीं बनना चाहिए। वैक्यूम अनुप्रयोगों के लिए हीटिंग प्लेट का डिज़ाइन मामूली नहीं है, क्योंकि इसमें थर्मल प्रबंधन, सामग्रियों की आउटगैसिंग, विद्युत फीडथ्रू और उच्च वोल्टेज की सुरक्षा को ध्यान में रखना आवश्यक है। एक प्लेट जो हवा में अच्छी तरह से काम करती है, वैक्यूम के नीचे रखे जाने पर ज़्यादा गरम हो सकती है, गैस बन सकती है या चाप बन सकती है।

वैक्यूम सिस्टम में थर्मल प्रबंधन
संवहनशील शीतलन के बिना एक हीटिंग प्लेट समान बिजली इनपुट के लिए हवा की तुलना में बहुत अधिक तापमान तक पहुंच सकती है। स्थानीय ओवरहीटिंग से बचने के लिए प्लेट में दबे हीटर घटकों को प्लेट द्रव्यमान के साथ अच्छी तरह से जोड़ा जाना चाहिए। वैक्यूम अनुप्रयोगों के लिए निम्नलिखित थर्मल चिंताएँ महत्वपूर्ण हैं।

ऊष्मा स्थानांतरण के तंत्र
चालन - प्लेट के संपर्क में किसी वर्कपीस में गर्मी स्थानांतरित करने की प्रमुख विधि। अच्छे थर्मल संपर्क (सपाट सतह, वैकल्पिक थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री) की आवश्यकता है।

विकिरण - 150 डिग्री से ऊपर प्लेट का तापमान महत्वपूर्ण है। दीप्तिमान ऊष्मा संचरण स्टीफन‐बोल्ट्ज़मैन नियम (q=εσ(Tp4−Tc4)) का अनुसरण करता है। प्लेट की सतह उत्सर्जन (ε) गैर-संपर्क क्षेत्रों के ताप को प्रभावित करती है।

कोई संवहन नहीं - प्लेट के पीछे की तरफ या सीमाओं पर कोई वायु शीतलन नहीं। जो ऊष्मा वर्कपीस तक नहीं पहुंचती वह प्लेट में जमा हो जाती है और उसका तापमान बढ़ जाता है।

प्लेट को हीटर से जोड़ना
गर्मी प्रतिरोध को कम करने के लिए हीटरों को स्थायी रूप से और प्लेट से बारीकी से जोड़ा जाना चाहिए। उच्च तापमान प्रवाहकीय पेस्ट (ग्रेफाइट आधारित) वाले ब्रेज़्ड या क्लैंप्ड कार्ट्रिज हीटर को प्राथमिकता दी जाती है। ऐसे हीटर जो अपने स्वयं के शरीर के संवहनशील शीतलन का उपयोग करते हैं (उदाहरण के लिए, खुले तार वाले हीटर) उपयुक्त नहीं हैं। डिज़ाइन में एक प्रमुख अंतर यह है कि हीटर के शीथ को अधिक गर्म होने से बचाने के लिए हीटर के वाट घनत्व को वैक्यूम सेवा के लिए व्युत्पन्न किया जाना चाहिए, आमतौर पर हवा के लिए उपयोग किए जाने वाले घनत्व का 30-50%।

तापमान का पता लगाना
तापमान सेंसर (थर्मोकपल या आरटीडी) को काम की सतह के जितना करीब संभव हो, लगाया जाना चाहिए, अधिमानतः शीर्ष सतह से 2-5 मिमी के भीतर। निर्वात में सतह का तापमान पीछे की ओर या हवा की ओर की रीडिंग से प्राप्त नहीं किया जा सकता है। हॉट स्पॉट संवहन समीकरण के बिना अधिक आम हैं और उन्हें पहचानने के लिए प्लेट के चारों ओर कई सेंसर लगाने की सिफारिश की जाती है।

वैक्यूम हीटिंग प्लेटों में आउटगैसिंग का नियंत्रण
आउटगैसिंग, फँसी हुई गैसों, नमी या वाष्पशील पदार्थों का निकलना, वैक्यूम संचालन में स्वीकार्य नहीं है, विशेष रूप से उच्च या अल्ट्रा{0}}हाई वैक्यूम (यूएचवी)। हीटिंग प्लेट असेंबली में सभी सामग्रियों में कम वाष्प दबाव और कम आउटगैसिंग दर होनी चाहिए।

प्लेट सामग्री
स्टेनलेस स्टील (304, 316, 316एल) - वैक्यूम हीटिंग प्लेटों के लिए मानक विकल्प। कम गैस उत्सर्जन. अधिक शक्ति। सतह क्षेत्र और फंसी अशुद्धियों को कम करने के लिए उपयुक्त इलेक्ट्रोपॉलिशिंग।

एल्युमीनियम - अगर ठीक से साफ किया जाए और एनोडाइज्ड किया जाए तो यह मध्यम वैक्यूम (10-3 से 10-5 टोर्र) के लिए अच्छा है। लेकिन एल्यूमीनियम में एक छिद्रपूर्ण ऑक्साइड कोटिंग होती है जो नमी को फँसा लेती है इसलिए इसे पकने में लंबा समय लगता है।

तांबे का उपयोग इसकी अच्छी तापीय चालकता के कारण किया जाता है, तांबा ऑक्सीकरण करता है और यदि लेपित या निर्वात न जलाया जाए तो गैस निकल सकती है।

अन्य पॉलिमर और PTFE
पीटीएफई कोटिंग्स या ठोस पीटीएफई प्लेटें वैक्यूम में स्वीकार्य हैं, हालांकि विशेष हैंडलिंग की आवश्यकता होती है। प्रारंभिक बेकिंग के बाद पीटीएफई में नगण्य गैस उत्सर्जन होता है क्योंकि यह बहुत कम नमी को अवशोषित करता है। हालाँकि, फ्लोरीन यौगिकों की धीमी गति से गैस बनाने के कारण यूएचवी (10 - 7 टोर से नीचे) के लिए पीटीएफई की सिफारिश नहीं की जाती है। अधिकांश औद्योगिक वैक्यूम अनुप्रयोगों (10⁻³ से 10⁻⁶ Torr) के लिए उचित रूप से उपचारित PTFE स्वीकार्य है। वैक्यूम के तहत 24-48 घंटों के लिए 150-200 डिग्री पर प्री-इंस्टॉलेशन बेक-आउट अधिशोषित गैसों को समाप्त कर देता है।

तार इन्सुलेशन और चिपकने वाले
तार इन्सुलेशन वैक्यूम रेटेड होना चाहिए। जिन सामग्रियों का उपयोग किया जा सकता है वे हैं:

पीटीएफई (टेफ्लॉन) - मैक्स को बेक करने के बाद थोड़ी गैस निकली। तापमान 260 डिग्री.

पॉलीमाइड (कैप्टन) - बहुत अच्छी वैक्यूम अनुकूलता, तापमान रेटिंग 400C, थोड़ी आउटगैसिंग।

पीवीसी, पॉलीथीन या नायलॉन। स्वीकार्य नहीं है, वे प्लास्टिसाइज़र और अन्य वाष्पशील पदार्थों को ख़त्म कर देते हैं।

सेंसर जोड़ने या वायरिंग को सुरक्षित करने के लिए कम {{0}आउटगैसिंग एपॉक्सी (उदाहरण के लिए, एपोटेक एच77, टोर सील) का उपयोग किया जाना चाहिए। सिलिकॉन आधारित चिपकने वाले या आरटीवी सीलेंट का उपयोग न करें क्योंकि वे सिलोक्सेन को बाहर निकालते हैं।

सफ़ाई करना और पकाना
सभी भागों को वैक्यूम ग्रेड सॉल्वैंट्स (एसीटोन, आइसोप्रोपिल अल्कोहल) का उपयोग करके साफ किया जाना चाहिए और एक स्वच्छ वातावरण में इकट्ठा किया जाना चाहिए। प्लेट को सेवा में लगाने से पहले, 24-48 घंटों के लिए 100-150 डिग्री पर वैक्यूम के तहत पूरी असेंबली बेक करने की सलाह दी जाती है। यह तकनीक सतह पर जमा पानी और अस्थिर अवशेषों को खत्म कर देती है।

विद्युत हर्मेटिक फीडथ्रू
बिजली और सेंसर के तारों को निर्वात कक्ष की दीवार से बिना लीक हुए गुजरना चाहिए। इलास्टोमेर सील के साथ मानक विद्युत कनेक्टर वैक्यूम में उपयोग करने योग्य नहीं हैं क्योंकि वे गैस को बाहर निकालते हैं और सूक्ष्म रिसाव की अनुमति देते हैं। हर्मेटिक फीडथ्रू आवश्यक हैं।

हीटिंग प्लेटें - फीडथ्रू के प्रकार
ग्लास से {{1} मेटल सीलिंग - ग्लास इंसुलेटर को मेटल हाउसिंग और कंडक्टर पिन से जोड़ा जाता है। कांच के प्रकार के आधार पर 250-400 डिग्री तक के तापमान के लिए उपयुक्त। निम्न से मध्यम शक्ति हीटिंग प्लेटों के लिए सामान्य (प्रति पिन 10 ए तक एकल चरण)।

सिरेमिक एक धातु निकला हुआ किनारा (एल्यूमिना या बेरिलिया) से चिपका हुआ है। सिरेमिक से धातु सील। उच्च तापमान रेटिंग (500 डिग्री +) और बेहतर वैक्यूम अखंडता (रिसाव दर <1×10-10 एटीएम सीसी/सेकंड)। उच्च शक्ति या यूएचवी अनुप्रयोगों के लिए।

संपीड़न ग्लास सीलिंग - सस्ता, लेकिन तापमान लगभग 150 डिग्री तक सीमित।

फीडथ्रू पिन की संख्या और रेटिंग
वैक्यूम चैम्बर हीटिंग प्लेट विनिर्देश विद्युत सर्किट की संख्या निर्दिष्ट करेगा:

प्रत्येक हीटिंग ज़ोन को बिजली (2 तार/ज़ोन)

तापमान सेंसर तार (प्रति थर्मोकपल या आरटीडी दो तार)

एक एकल मल्टीपिन फ़ीडथ्रू में कई पिन हो सकते हैं। प्रत्येक पिन को अधिकतम हीटर करंट से बड़े करंट के लिए रेट किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, 120 V पर एक 500 W हीटर 4.2 A का उपयोग करता है। एक 10 A फीडथ्रू पिन काम करेगा।

आंतरिक वाइरिंग
महत्वपूर्ण: निर्वात कक्ष में फीडथ्रू से हीटिंग प्लेट तक के तार वैक्यूम रेटेड (पीटीएफई या कैप्टन इंसुलेटेड) और गर्म सतहों से मुक्त होने चाहिए। सिरेमिक टर्मिनल ब्लॉकों या स्टैंडऑफ़ का उपयोग करके सुरक्षित कनेक्शन। किसी भी प्लास्टिक केबल टाई या चिपकने वाले टेप की अनुमति नहीं है।

पासचेन का नियम (वैक्यूम में विद्युत विखंडन)
पासचेन के नियम के अनुसार दो कंडक्टरों के बीच ब्रेकडाउन वोल्टेज दबाव और दूरी पर निर्भर करता है। वायुमंडलीय दबाव में उच्च वोल्टेज (छोटे अंतराल के लिए केवी रेंज) पर टूटना होता है। ब्रेकडाउन वोल्टेज मध्यम वैक्यूम (10 - 1 से 10-3 टोर) पर बहुत कम हो जाता है - कुछ मामलों में 1 मिमी के अंतराल के लिए कुछ सौ वोल्ट तक। उच्च निर्वात पर (<10^5 Torr) the breakdown voltage increases again.

वैक्यूम गर्म प्लेटों के लिए निम्नलिखित सावधानियां आवश्यक हैं:

ग्राउंडेड सतहों से सक्रिय कंडक्टरों (जैसे हीटर टर्मिनल, फीडथ्रू पिन) तक पर्याप्त अलगाव बनाए रखें। 240 वी एसी के लिए न्यूनतम 5 मिमी या अधिक वोल्टेज के लिए 10 मिमी का सुझाव दिया गया है।

तेज किनारों से बचें - तेज बिंदु विद्युत क्षेत्र को केंद्रित करते हैं और ब्रेकडाउन वोल्टेज को कम करते हैं। गोलाकार टर्मिनल, चिकने कंडक्टर मार्ग को प्राथमिकता दी जाती है।

लंबी आंतरिक लाइनों के मामले में, चैम्बर फीडथ्रू पर ग्राउंडेड परिरक्षित तारों का उपयोग करें।

पूर्ण शक्ति अनुप्रयोग से पहले, वैक्यूम के तहत इन्सुलेशन प्रतिरोध का परीक्षण करें।

वैक्यूम डिज़ाइन चेकलिस्ट - हॉट प्लेट्स
वैक्यूम चैम्बर हीटिंग प्लेट के विनिर्देशन में शामिल किए जाने वाले प्रमुख बिंदुओं का सारांश नीचे दिया गया है।

श्रेणी आवश्यकता सामान्य समाधान
प्लेट सामग्री 316 स्टेनलेस स्टील, कम निकास, इलेक्ट्रोपॉलिश, साफ करने योग्य
हीटर का प्रकार प्लेट से अंतरंग युग्मन; वैक्यूमब्रेज़्ड कार्ट्रिज हीटर के लिए व्युत्पन्न (इंकोलॉय जैकेट)
ओवरहीटिंग से बचने के लिए वाट घनत्व कम किया गया 5 W/cm2 से कम या उसके बराबर (हवा में 8-10 W/cm2 के मुकाबले)
तापमान का पता लगाना काम करने वाली सतह के करीब एंबेडेड प्रकार K थर्मोकपल या PT100 RTD
वायर इन्सुलेशन पीटीएफई (टेफ्लॉन) या कैप्टन कम आउटगैसिंग, वैक्यूम रेटेड
सीलेंट/चिपकने वाले कम गैस निकालने वाले एपॉक्सी एपोटेक एच77, टोर सील (सिलिकॉन नहीं)
इलेक्ट्रिकल फीडथ्रू हर्मेटिक, लीक {{0}टाइटग्लास - से - धातु या सिरेमिक से धातु
फ़ीडथ्रू करंट रेटिंग, हीटर लोड से अधिक, सामान्य 1‑2 किलोवाट प्लेटों के लिए प्रति पावर पिन 10 ए से अधिक या उसके बराबर
हाई-वोल्टेज क्लीयरेंस 5 मिमी गैप (240 V) से अधिक या उसके बराबर, गोल टर्मिनल, पासचेन को टूटने से बचाता है
प्री-सर्विस बेक-आउट 24-48 घंटे के लिए वैक्यूम के तहत 100-150 डिग्री पर अवशोषित गैसों को हटा देता है
विशेष मामले: दीप्तिमान हीटिंग प्लेटें
कुछ वैक्यूम प्रक्रियाओं में, हीटिंग प्लेट का उद्देश्य सीधे वर्कपीस से संपर्क करना नहीं होता है। इसके बजाय, प्लेट एक अंतराल के पार वर्कपीस में गर्मी विकीर्ण करती है। इस विन्यास में, प्लेट की सतह उत्सर्जन महत्वपूर्ण हो जाती है। उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण को बढ़ाने के लिए एक उच्च-उत्सर्जन कोटिंग (उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम पर काला एनोडाइज, या स्टेनलेस स्टील पर पायरोमार्क 2500) लगाया जाता है। हालाँकि, कोटिंग्स वैक्यूम-संगत होनी चाहिए और आउटगैस नहीं। पायरोमार्क 2500, एक सिरेमिक-आधारित कोटिंग, का उपयोग अक्सर 600 डिग्री तक के वैक्यूम रेडिएंट हीटर के लिए किया जाता है।

निष्कर्ष
वैक्यूम चैम्बर हीटिंग प्लेटों को थर्मल प्रबंधन और संदूषण नियंत्रण के लिए विशेष डिजाइन की आवश्यकता होती है। संवहन शीतलन की अनुपस्थिति का मतलब है कि हीटरों को प्लेट से अच्छी तरह से जोड़ा जाना चाहिए और कम वाट घनत्व पर संचालित किया जाना चाहिए। आउटगैसिंग को कम-वाष्प-दबाव सामग्री (स्टेनलेस स्टील, पीटीएफई, कैप्टन) का चयन करके और प्री-सर्विस बेक-आउट करके नियंत्रित किया जाता है। चैम्बर की अखंडता बनाए रखने के लिए हर्मेटिक इलेक्ट्रिकल फीडथ्रू (ग्लास-टू-मेटल या सिरेमिक-टू-मेटल) अनिवार्य हैं। पासचेन का कानून मध्यम वैक्यूम स्तरों पर उत्पन्न होने से रोकने के लिए निकासी आवश्यकताओं को लागू करता है। अनुप्रयोग परिवेश {{5}वैक्यूम स्तर, तापमान सीमा, और प्रक्रिया संवेदनशीलता{{6}डिज़ाइन विशिष्टताओं को निर्धारित करता है। एक उचित रूप से निर्दिष्ट वैक्यूम हीटिंग प्लेट ऐसे वातावरण में विश्वसनीय, संदूषण मुक्त गर्मी हस्तांतरण प्रदान करती है जहां संवहन अनुपस्थित है और प्रत्येक सामग्री का विकल्प मायने रखता है।