卧式真空烧结炉温区均匀性分析.doc

卧式真空烧结炉温区均匀性分析 JMaznMaterDevicesVol31No1 ? 工艺与设备? 文章编号:1001—3830(2000)01-004 卧式真空烧结炉温区均匀性分析 …通大糍加 摘要;简要介绍了稀土永磁卧式真空烧结炉温区均匀性基本定义及刹量方法,讨 静了炉膛内的热场分布,最后路出了温区均匀性测量结果,井提出了改善温区均匀性的建 议 关键词:真空烧姑炉;温区均匀性;熬场分布;羽4量蛄果●____?_?’.__肿 中图分类号:TF061.2文献标识码:A 1前言 在金属热处理,磁性材料,粉末冶金 和电子陶瓷等众多领域内,真空烧结炉是 一 种关键的大型专用设备.对磁性材料而 言,配方是基础,烧结是关键,烧结温度 的波动对材料的磁性能和物理性能影响很 大. 稀土永磁是一种强磁性的金属永磁材 料.包括RCo5,R:Co】7和NdFeB,它们分 别诞生于1965,1972和1983年…,是二 十世纪下半叶国际上在新型功能材料领域 内的重大发现.极具市场前景.目前稀土 永磁研究生产过程中国内外普遍使用卧式 真空烧结炉,工作温度9o0～1300”C,温 区均匀性3~5”C,真空度达10-3～l乇, 并采用高纯氮气或氩气保护烧结,装炉量 30~300kg不等.其中温区均匀性直接决 定了产品的一致性. 本文简要介绍了温区均匀性的定义及 测量方法,讨论了炉膛内的热场分布,并 收藕日期:1999—10-28 ● 给出了温区均匀性实际测量结果,提出了 改善温区均匀性的一些建议. 2定义 无论是金属磁性材料,还是非金属磁 性材料(如铁氧体永磁,软磁),烧结工 艺大都采用两大类窑炉:一类是连续式窑 炉,如隧道窑,待烧坯料源源不断通过高 温区而被烧成;一类是批装式窑炉,如钟 罩窑,真空炉等.从理论上讲,任何窑炉 的装料区即高温工作区应保持恒温状态, 这样才能保证烧结产品的一致性,而实际 上会由于各种原因造成温度偏差.通常将 窑炉工作区的温度偏差定义为该设备的温 区均匀性.如图1所示,工作区可表示为 w××L(ram). 温区均匀性△可表示为 1 AT=土_}C一z)(1) (1)式中,,为工作区内温度最高点 为工作区内温度最低点. 有些窑炉制造厂家给出温度均匀性这 一 技术指标,通常是指隧道窑高温区某一 ‘ 2000年2月磁性材料及器件45 横截面上温度的差异.不过,对于批装式 窑炉,仅仅给出温度均匀性这一关键技术 指标是不够的. 图1工作区及温区均匀性攫I量点示意图 3热场分布 目前广泛使用的稀土永磁卧式真空烧 结炉外观通常为圆筒形,但炉膛结构有两 种:一种为方箱形,另一种为圆筒形.发 热体有金属类电阻鹄,钼带或石墨等,热 源的配置形式亦较多.有曲折线配置,螺 旋线配置但通常在炉底和炉门上不配置 热源.对炉膛内的热场分布进行理论研究 和数值计算是一个比较复杂的问题. 3.1热量传递的三种基本方式(21: 3.1.1传导 物体各部分之间不发生相对位移时, 依靠分子,原子及自由电子等微观粒子的 热运动而产生的热量传递为导热或称为热 传导.导热现象的基本规律可以用傅里叶 定律来表示.如对烧结炉中厚度为的矩 形块状永磁体,假定该永磁体两个平行表 面的温度要保持均匀,则对于方向上任 意一个厚度为的微元体来说,单位时间 内通过该层的导热量Q与所处位置的对流仅发生在流体中,而且必然伴随 有导热现象.工程上常遇到的是流体流过 另一物体表面时,对流和导热联合起作用 的热量传递过程,称为对流换热.其基本 计算公式是牛顿冷却公式,即 流体被加热时q=d一≈)(4) 流体被冷却时q=a(tf一)(5) (4)式和(5)式中,0和分别为壁面 温度和流体温度,称为对流换热系数(W/ (m2?℃)),该系数与换热过程中的许多因 素有关,它不仅取决于流体的物性,以及 换热表面的形状与布置,而且还与流速密 切相关.空气自然对流的数量级为lO, 而水强制对流的数量级是”成千上万” 视具体情况而定. 3.1.3辐射 通常将电磁波传递能量的方式称为辐 射.物体因热的原因而发出的辐射能的现 象则称为热辐射. 自然界中各个物体都不停地向空间发 出热辐射,同时又不断地吸收其他物体发 出的热辐射辐射与吸收过程的综合结果 造成了以辐射方式进行的物体间的热量传 递——辐射换热.热辐射可以在真空中传 JMagnMaterDevicesVol31Nol 播.而导热,对流只在有物质存在的条件 下才能实现.一切实际物体的辐射能力都 小于同温度下黑体的值.实际物体辐射热 流量Q的计算可应用斯蒂芬一玻尔兹曼定 律: Q=eFa0T(6) (6)式中,称为该物体的黑度,叉称 为发射率,其值总小于1.与物体的种类 及表面状态有关;为黑体的绝对温度; 是黑体辐射常数.其值为5.67x10～;F 为表面积.