真空系统应用

真空科学的应用领域很广,目前已经渗透到车辆、土木建筑工程、机械、包装、环境保护、医药及医疗器械、石油、化工、食品、光学、电气、电子、原子能、半导体、航空航天、低温、专用机械、纺织、造纸、农业以及民用工业等工业部门和科学研究工作中。现就其主要的几个领域简述如下:

1、真空在输运、吸引、起吊及真空造型等设备中的应用

真空输运、真空吸盘及起吊设备、都是利用真空与大气间存在压力差所产生的力来做功的。由于这种机械能存在着压强处处均匀的特点,因此可绝对密接地施加到任何形状的平面上。目前、这些真空设备大多用在吸鱼、粮食、面粉、煤粉、烟草、水泥、泥浆、纸浆、粉状矿物粉状化工产品,水泥地板,预制板、机场及公路水泥跑的快速吸干、车间起吊、机床夹具,玻璃装运,吸乳、吸尘。人工流产吸引胎儿:吸痰、吸胸膜积水、脓液、吸肠以及吸引原子弹爆炸所产生的辐射尘埃等生产作业中。这些设备均具有结构简单,易于操作维护、运输、起吊吸引过程中无震动、生产效率高、运送易损坏物件安全可靠、对环境无污染等特点。因此具有广阔的应用范围和前景。
真空造型也是利用压差力的一个重要方面,近年来在立体军用地图、盲人书籍、示数摸型、高级陶瓷、混凝土予制件、电冰箱洗衣机板件、玩具、复制浮雕和文物、行波管和返波管中的细旋支柱成形、质谱仪中分析室以及微波系统的波导制作方面、都广泛的采用了这一技术。
真空力学应用的另一个领域是真空过滤和真空浸渍。目前化工,制糖,水泥等工业部门已开始大量采用的连续真空过滤、很容易将粘度大的悬浮液利用压差力的作用、通过微细筛孔而将其悬浮液中的液体与固体分离。在染料工业中利用真空过滤法可以大量节省棉布。真空浸渍是把片状或纤维状的疏松物质,进行先抽真空,再在液体中浸渍充填一些新的物质的一种新型工艺。这种工艺用在含油轴承、鱼网纤维、皮革、非电解电容,变压器、电动机定子线圈等产品上已经显著的提高了产品质量。此外这种工艺对疏松劣质木材进行聚脂树脂浸,对铅笔木进行蜡类浸渍使其改变原有的天然性能达到化劣质为优质的目的、并已达到了予期的效果。

2、真空在电真空器件中的应用

由于各种电真空器件的工作原理是基于电场、磁场来控制电子在空间的运动借以达到放大、振荡、显示图象等目的。因此避免电子与气体分子间的碰撞,保证电子在空间的运动规律,防止发射热电子的阴极氧化中毒,把电子器件内抽成不同电真空器件所要求的不同真空度、保证电子器件的正常工作,是绝对必要的。目前电真空工业中所生产的电真空器件主要有各种真空断路器真空管 ( 整流管、发射管、收信管、速调管、行波管、磁控管、光电管等 ) ;各种离子管 ( 泵弧整流管、引燃管、计数管、闸流管、噪音管、雷达电线开关等 ) ;各种电子束管 ( 示波管、摄象管、显象管、 x 光管、变象管等 ) ;各种电光源管 ( 照明灯,光谱灯、仪器用灯等 ) 以及中子管、电子衍射仪、电子显微镜、 x 光显微镜,各种粒子加速器、质谱仪、核辐射谱仪、气体激光器以及利用真空中电子束进行除气、熔炼、区域提纯、难熔金属和介质的熔化和钻孔,开槽切割、放射性同位素的蒸发,难熔金属的焊接等许多方面。这些电子器件及工艺,在近代科学和近代大工业生产中所起的作用是不言而喻的。这里不再赘述。

3、直空在冶金工业中的应用

在真空中对金属及其合金进行真空冶金范围很广,包括真空蒸馏、矿石及其半产品的真空分离,金属化合物真空还原、钢液炉外真空脱气和精炼、金属真空熔铸、真空烧结,真空热处理、真空钎焊及真空固态接合等多种工艺方法。真空冶金工业自二十世纪五十年代发展以来之所以得到极为广泛地应用,是因为真空环境在冶金过程中具有一系列的特点所致。首先是真空环境中物质与残余气体分子间的化学作用十分微弱,因此非常适宜对黑色金属、稀有金属,超纯金属及其合金、半导体材料的熔炼和精制。其次,在真空环境中可通过降低单一气体分子的分压强、达到钢液脱气精炼、真空碳脱氧的目的。真空环境的另一个特点还在于它在较低的温度下、具有进行一定反应的能力,例如在同样温度下,有些反应过程在大气中则难以进行,但是在低压下就十分容易。这就是真空化合物分解和有色金属冶炼的基本原理。表 4 给出了各种不同真空冶金领域中所采用的各种工艺方法和它们的适用范围。供读者参阅。表 4 中给出的真空冶金中,尚应包括真空镀膜工艺,但是由于这一领域,目前已成为真空表面处理技术中的一个重要组成部分,因此我们将在下一节中详述。

表5 真空冶金的主要领域、工艺方法及其适用范围

领域

工艺方法

运用范围

真空感应熔炼

铁镍钴铜铍铀系金属及其合金

钛铍系金属及其合金、铁镍钴系高级合金钢、铀系合金、硅、锆、铁、铌、铂的区域精炼

自耗电极真空弧熔炼

铁镍钴系高级合金钢及低合金钢,高级合金钨铝铑钽钛系金属及其合金

非 耗电极真空电弧熔炼

铀钛锆及碳化铀熔炼

真空弧热源在水冷铜坩埚中精炼及铸造

钛锆钼铌钨钽及铀等金属合金

真空电子束熔炼同时在水冷铜坩埚中凝固成锭

钨、钼、铌、钽、铪、铍等尔难熔金属及全金高级合金钢、超级合金、起纯金属

电子束热源在水冷 铜坩埚中皮壳精练然后进行离子铸造或精密铸造

铝、钼、铌、钽、锆、钛等,滚球轴承钢等,高级合金钢

溢流法电子束多重熔床熔炼及冷凝成锭

高纯金属、高纯合金及高级合金钢

等离子弧熔炼

合金钢及工具材料

等离子弧重熔

钛及合金钢

等离子弧感应熔炼

耐热钢及耐热合金

真空精练

合金钢精练及脱气

钢包静态真空脱气

处理合金钢

真空浇注

碳钢合金钢大锻件钢锭

倒包脱气

结构钢

出钢脱气

与电炉组合处理各种合金钢

出钢脱气加真空浇注

大钢件钢锭处理浇注

出钢脱气加例包脱气

各种钢

提升处理( DH 法)

碳钢、低合金锡、弹簧钢、轴承钢、不锈钢电工钢

循环处理( RH 法)

同上

电磁搅拌真空脱气

轴承钢、超高强度钢

真空钢包吹氩

低合金钢

真空电弧加热脱气

高合金钢

真空吹氧脱碳精练

不锈钢及其他合金、高纯铁素体不锈钢

电弧加热电磁搅拌真空精炼

合金钢、不锈钢、轴承钢

真空吹氧精炼

不锈钢

氩氧精炼

不锈钢、结构钢、轴承钢、工具钢

水蒸气混氧精炼

不锈钢、猛铬钢

真空退火

铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、工具模具钢、钼、铝、钛、锆、铀、铜、钛合金

真空气体淬火真空高压气淬

高速钢、马氏体铬钢、冷作工具钢、热处工具钢、钛合金铸件

真空油淬火

工具钢、高速钡

电子束淬火

活塞环槽脊、汽车凸轮轴及有关零件

辉光离子氮化

铬钢、高速钢、球未铸铁零件

真空渗碳真空离子渗碳

轴凿轮模具等零件

电子束焊接

难熔金属活性金属、耐热钢、不锈钢、弹簧钢、高速钢

真空钎焊

不锈钢、铝和铝合金、钛及其合金铍与不锈钢、铍 – 钛、铍 – 铌、铍 – 陶瓷

真空固态结合(扩散焊)

镍悬超合金,钛合金 Cu-Ni , Ti- 钢 Cu-Nb 、铜 – 钢

真空烧结

真空精类冶金

高纯度耐热金属及合金,复合金属、高磁性磁铁、不锈钢零件

真空蒸馏浓缩和结晶

真空蒸馏

有机油类、合成树脂原料、高级酒精、高级脂肪酸、维生素 A 、 E 、苯乙烯、香乙醇、制酒、香精分离、钛给锆去掉镁杂质和二氧化碳

真空浓缩

合成氨、合成尿素、制盐糖、制酸、合成洗涤剂、制碱、浮制品、果汁、果酱

真空结晶

氯化钾、氯化钠、合成尿素、合成氨

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