Ofen- und Kammerofenoptionen für modifizierte Atmosphären
Die Carbolite Gero Schutzgaslösungen für Öfen und Kammeröfen umfassen Produkte mit eingebauten Retorten, optionale Retortenausrüstungen sowie vollständig maßgeschneiderte Lösungen.
Für Temperaturen bis zu 700°C stellt Carbolite Gero die HTMA-Reihe von Öfen mit modifizierter Atmosphäre her. Diese Öfen wurden speziell für eine hervorragende Kontrolle einer inerten Atmosphäre entwickelt, wobei das Hauptziel darin besteht, die Sauerstoffkonzentration auf sehr niedrige Werte zu reduzieren.
Getrennte Durchflussregelungen für Spül- und Prozessgase bedeuten, dass, sobald die Kammer von atmosphärischer Luft befreit wurde, Prozessgas mit niedrigeren Durchflussraten verwendet werden kann. Die Umschaltung zwischen Spül- und Prozessgas kann entweder manuell erfolgen oder durch ein automatisches programmierbares Steuerungssystem ergänzt werden. Es können Sauerstoffgehalte von bis zu 50 ppm erreicht werden.
Um eine modifizierte Atmosphäre aufrechtzuerhalten, ist eine abgedichtete Ofenkammer erforderlich. In der Regel wird in Kammeröfen eine Retorte verwendet, um diese Anforderung zu erfüllen. Optionale Ausrüstungen und Zubehörteile für modifizierte Atmosphäre ermöglichen eine größere betriebliche Flexibilität, da die Produkte für mehrere Anwendungen mit verschiedenen Gasen, Vakuum oder ohne modifizierte Atmosphäre verwendet werden können.
Eine Retorte kann für verschiedene Wärmebehandlungsprozesse eingesetzt werden, die eine kontrollierte inerte oder reaktive Atmosphäre erfordern, z. B. um Oxidation zu verhindern oder die Oberflächenhärte zu erhöhen. Die A105-Retorte, die mit einer Silikongummidichtung ausgestattet ist, kann niedrigere Sauerstoffwerte erreichen als die A107-Retorte, die eine Sanddichtung verwendet. Sie wird entweder aus einer NiCr-Legierung (Inconel) mit einer maximalen Betriebstemperatur von 1100 °C oder aus Edelstahl der Güteklasse 314 mit einer maximalen Betriebstemperatur von 1050 °C hergestellt.
Die Retorte aus einer A105 NiCr-Legierung (Inconel) wird durch eine abnehmbare, nach vorne öffnende, isolierte Tür mit einer Silikongummidichtung verschlossen. Die Gaseinlass- und -auslassanschlüsse sind an der Vorderseite leicht zugänglich. Bei der Spülung mit einem geeigneten Inertgas sind Sauerstoffgehalte bis zu 30 ppm möglich.
A105-Retorten für CWF-Laboröfen sind mit einer 3-mm-Thermoelementdurchführung in der Mitte der Tür ausgestattet. Die Retorte und der Ofen müssen zusammen bestellt werden, da der Ofen so modifiziert ist, dass er sowohl mit als auch ohne Retorte verwendet werden kann. Die Retorte A105 kann in Kombination mit dem Laborgassicherheitssystem für den sicheren Einsatz mit Wasserstoff verwendet werden.
Die Retorte aus der NiCr-Legierung A107 (Inconel) hat einen flachen, abnehmbaren Deckel, der in eine Sanddichtung auf einem tiefen Boden eingesetzt wird. Kann zum Glühen und Aufkohlen im Paket verwendet werden.
Die an der Vorderseite montierten Gaseinlass- und -auslassanschlüsse führen durch Schlitze in der Ofentür. Retorte und Ofen müssen zusammen bestellt werden, da der Ofen so modifiziert ist, dass er sowohl mit als auch ohne Retorte verwendet werden kann.
Der GLO-Glühofen verfügt über eine vakuumdichte Retorte mit hochsymmetrischer Anordnung der Heizelemente. Die Fronttür der zylindrischen Retorte kann bei Bedarf beheizt sowie von außen luftgekühlt oder mit dem optionalen Schnellkühlsystem mit kaltem Inertgas gespült werden.
Die GPCMA-Kammeröfen mit modifizierter Atmosphäre sind mit einer Metallretorte ausgestattet, um ein beheiztes Volumen mit kontrollierter Atmosphäre bereitzustellen. Erhältlich mit einem Höchsttemperaturbereich von 1000 °C bis 1150 °C, abhängig vom gewählten Retortenmaterial. Das Arbeitsvolumen der Retorte reicht von 37 bis 245 Liter. Der Sauerstoffgehalt kann je nach Anwendung auf 30 ppm reduziert werden. Perfekt zum Spannungsabbau von additiv gefertigten Bauteilen, insbesondere solchen, die mittels DMLS hergestellt wurden.
Für Temperaturen, die höher sind als die in einem Kammerofen erreichbaren, kann ein Vakuumofen verwendet werden, um modifizierte Atmosphären bis zu einer Temperatur von 3000°C zu erzeugen.
Vakuumöfen von Carbolite Gero werden nach höchsten Qualitätsstandards produziert und berücksichtigen jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung unterschiedlicher Hochtemperaturanlagen mit Vakuumsystemen.
Die Vakuumöfen sind für unterschiedliche Vakuumbereiche sowie den Betrieb mit Reaktiv- oder Inertgasen ausgelegt. Die Isolierung der Vakuumöfen besteht je nach Modell aus Metall, Graphit oder Keramik, wobei die Graphitmodelle auf Anfrage die höchsten Temperaturen (bis 3000°C) erreichen.
Neben dem Standardsortiment an Schutzgasgeräten und -produkten ist Carbolite Gero ein Experte in der Entwicklung kundenspezifischer Geräte für komplexe Wärmebehandlungsprozesse.
Die Lösung individueller Anwendungsanforderungen der Kunden hat Carbolite Gero einen wichtigen Platz in der Luft- und Raumfahrt, im Maschinenbau, in der Materialwissenschaft, in der Medizin, in den Biowissenschaften und in Vertragslabors weltweit verschafft, um nur einige zu nennen.
Diese modifizierte HTMA 6/220 wurde für die Wärmebehandlung einer großen Anzahl von Halbleiterwafern modifiziert. Bei dem Verfahren werden 330 Nanometer (nm) Gold auf 8-Zoll-Siliziumscheiben mit einer Dicke von 50-200 Mikrometern (µm) legiert. Die Wafer werden gedünnt und haben unterschiedliche Dicken:
Der Ofen ist mit einer Schnellkühlfunktion ausgestattet, die den Ofen in 20 Minuten von 420°C auf 200°C abkühlt. Zwei Kühlgebläse befinden sich an der Rückseite des Ofens.
Die kühle Luft wird durch Kanäle, die sich zwischen der Isolierung und der Garraumwand befinden, um die Außenseite des Garraums geblasen. Um einen überschüssigen Luftstrom zu verhindern, wenn keine Kühlung erforderlich ist, befindet sich eine automatische Absperrklappe im Auslassrohr.
Der Temperaturregler ist so programmiert, dass er den Status der Türverriegelung nutzt, um einen Prozesszyklus automatisch zu starten oder zu stoppen und somit einen kontinuierlichen Zyklus zu ermöglichen. Die Erwärmung wird ausgelöst, wenn die Lambdasonde feststellt, dass der Sauerstoffgehalt in der Kammer unter einen bestimmten Schwellenwert gesunken ist; wenn der Sauerstoffgehalt beispielsweise auf 50 Teile pro Million (ppm) sinkt, wird das Temperaturprogramm gestartet.
Zu den weiteren Modifikationen gehören kundenspezifische Regalpositionen innerhalb der Kammer, um Platz für Waferständer auf jedem Regal zu schaffen, zusätzliche Durchflussmesser für die Verwendung alternativer Gase wie Argon und ein optionaler Bodenständer, um den Ofen in eine für das Bedienpersonal angenehme Position zu bringen. Der Temperaturregler ist außerdem so konfiguriert, dass er automatisch zwischen den Durchflussraten von Spül- und Prozessgas umschaltet.
Um einen kontinuierlichen Verarbeitungszyklus aufrechtzuerhalten, war es wichtig, dass der HTMA nach dem Öffnen der Tür bei 200 °C zum Entladen und Nachladen schnell zu den besten Betriebsbedingungen zurückkehrte, sowohl in Bezug auf die Temperatur als auch auf die Sauerstoffkonzentration in der Kammer.
Das Diagramm zeigt deutlich, dass der Sauerstoffgehalt beim Öffnen der Ofentür schnell ansteigt, gefolgt von einem raschen Rückgang, wenn die Tür wieder geschlossen wird, da der Stickstoffspülstrom automatisch ausgelöst wird. Dies wurde sowohl von der am Ofen angebrachten Lambdasonde als auch von einem unabhängigen Sauerstoffanalysator aufgezeichnet.
Die Verwendung einer Vakuumpumpe zum Evakuieren der Retorte bei Umgebungstemperatur und zum Wiederauffüllen mit einem Inertgas kann bei der Wärmebehandlung poröser Materialien erforderlich sein.
Auf diese Weise wird eine wesentlich reinere Atmosphäre erreicht als durch Spülen allein.
Dieser Ofen ist für die Kalzinierung (thermische Zersetzung) von Katalysatormaterialien für den Einsatz in der Produktionschemie konzipiert. Die Verarbeitung solcher Materialien kann zu einer korrosiven Umgebung im Ofen führen. Daher wurde die Retorte aus Hastelloy C-2000® gefertigt, einer Legierung aus Nickel, Chrom, Molybdän, Eisen und Kupfer. Diese Kombination bietet eine höhere Korrosionsbeständigkeit.
Dieser kundenspezifische Retortenkammerofen kann Temperaturen von bis zu 1200°C erreichen. Aufgrund der thermischen Widerstandseigenschaften des Retortenmaterials ist der Ofen jedoch auf eine maximale Arbeitstemperatur von 1000°C begrenzt. Typische Arbeitstemperaturen liegen bei bis zu 700°C.
Die Retorte hat ein Volumen von 1000 Litern und ist für die Aufnahme von bis zu 12 kundeneigenen Probenschalen ausgelegt, die auf einem ebenfalls aus Hastelloy C-2000® gefertigten Träger stehen. Ein Gaseinlassrohr ermöglicht es dem Kunden, die Atmosphäre in der Retorte durch Einleiten eines nicht brennbaren Gases wie Stickstoff oder Argon zu verändern, um sie den Anforderungen seines Prozesses anzupassen. Die Retortentür wird von industriellen Over-Centre-Klammern geschlossen gehalten und von zwei Pneumatikzylindern sicher verriegelt.
Der Ofen ist in drei beheizte Zonen unterteilt, eine im Herd und zwei, die sich vertikal auf beiden Seiten der Kammer befinden. Die Temperaturregelung erfolgt über drei Eurotherm 3508-Regler, die über digitale Kommunikation miteinander verbunden sind, so dass der Sollwert vom mittleren Zonenregler an die beiden anderen Regler weitergegeben werden kann. Jede beheizte Zone ist mit einem separaten Übertemperaturregler 3216CC verbunden.
Die gesamte Instrumentierung ist in einem separaten Schaltschrank untergebracht, der auch über einen Kilowattstundenzähler verfügt, mit dem der Kunde seinen Stromverbrauch überwachen kann.
Das Gerät verfügt über ein Zwangskühlsystem, das Umgebungsluft in den Hohlraum zwischen der Retorte und der Ofenisolierung bläst. Das Gebläse ist in der Lage, 600m3 Luft pro Stunde bei einem Druck von 9" Wasser zu fördern, wodurch die Gesamtkühlzeit auf etwa 3 Stunden reduziert wird.
Ob es sich um ein Standardprodukt mit der Möglichkeit einer Schutzgasatmosphäre oder um ein vollständig maßgeschneidertes System handelt, Carbolite Gero hat im Laufe der Jahre Tausende von Öfen hergestellt und Projekte auf der ganzen Welt realisiert.
Kontaktieren Sie uns für eine kostenlose Beratung und sprechen Sie mit einem Produktspezialisten, um die am besten geeignete Lösung für Ihre Anwendungsanforderungen zu finden!
