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真空爐石墨支架頭的結構規劃需統籌高溫安穩性、機械強度、熱均勻性和抗熱震性,一起考慮設備便利性和運用壽數。以下是合理的結構規劃要害及優化計劃:
1.底子結構規劃原則
(1) 資料挑選
高純等靜壓石墨(密度≥1.80g/cm3):
低孔隙率、高熱導率(80~120W/m·K),抗熱沖擊性強。
抗氧化涂層(可選):
表面涂覆SiC或ZrB2,削減高溫氧化損耗。
(2) 幾何形狀優化
全體結構:圓柱形/錐形底座:確保與爐體接觸面安穩,松散應力。
多段式規劃:分段結構(如螺紋聯接)下降熱應力會合。
接觸面規劃:
凹槽/卡口:與被支撐工件(如石墨坩堝)匹配,防止滑動。
散熱孔:對稱開孔削減熱阻,防止部分過熱。
2.要害規劃參數
(1) 標準匹配
直徑與高度比(D/H):推薦1:1.5~1:2(過高易失穩,過矮散熱差)。
壁厚:主體壁厚≥15mm(支撐高溫負載時需≥20mm)。
(2) 熱脹大補償
空地預留:動態工況下,預留0.5~1mm脹大空地(防止熱脹卡死)。
柔性聯接:運用石墨纖維墊片或波紋結構吸收變形。
3.抗熱震規劃
(1) 防止尖角
圓角過渡(R≥5mm):悉數棱角處倒圓,削減應力會合。
驟變截面:截面改動區域選用滑潤過渡(如錐度≤30°)。
(2) 熱場均勻性
對稱布局:多支架頭時,圓周均布(如3~4個/組),確保熱流對稱。
熱屏蔽規劃:內部嵌入鉬片或碳氈,反射輻射熱(適用于>2000℃工況)。
4.機械強度驗證
(1) 靜態負載核算:安全系數≥3
(2) 動態振蕩剖析
模態剖析:防止固有頻率與爐體振蕩頻率重合(如50~100Hz)。
5.設備與保護優化
(1) 模塊化規劃
快拆結構:螺紋或卡扣聯接,便于替換損壞部件。
標號對齊:符號設備角度,確保熱場重復性。
(2) 保護友好性
自清潔斜面:接觸面規劃傾角(≥10°),防止積灰或金屬堆積。
6. 推薦規劃案例
錐形螺紋支架頭 (適用于半導體設備):
原料:等靜壓石墨(IG-110)+SiC涂層。
結構:錐度1:5,M12螺紋聯接,底部散熱孔×4。
壽數:>2000小時@1600℃。
通過以上規劃,石墨支架頭可在高溫、高負載工況下完成長壽數、低保護 的目標。實踐運用中需結合熱仿真(如ANSYS)和 實踐工況檢驗 進一步優化。

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