真空ホットプレスの加熱プレートの重要な設計上の特徴は何ですか?

真空チャンバー内でのホットプレスには 2 つの問題があります。-ガス放出有機物や閉じ込められたガスで汚れのない真空を汚染することなく、均一な熱と圧力を加えて材料を接続する必要があります。通常の大気加熱プラテンは、この原始的な一か八かの大気では生き残れません。-材料の純度、密閉性、熱分布を考慮して、真空ホットプレスの加熱プレートを一から設計します。航空宇宙部品の複合接合、半導体封止、金属の拡散接合などの用途では、プラテン自体が重要なプロセス機器になります。

真空環境の特別な要件
真空チャンバー内では大気の対流は起こりません。プラテンからワークピースへの熱伝達は、伝導 (接触点での) と放射によってのみ発生します。このため、プラテン表面の平坦性と熱均一性が空気中よりもさらに重要になります。プラテンとワークピースの間にスペースがあると、効果的な接触が制限され、温度差が生じます。

一方、フーバー環境は汚染の影響を非常に受けやすいです。ガス放出-材料から閉じ込められたガス、湿気、または揮発性有機化合物の放出-すると、真空レベルが損なわれたり、ワークピースが汚染されたり、真空ポンプに損傷を与えたりする可能性があります。したがって、真空ホットプレスの加熱プレートの設計には、超低ガス放出材料を使用し、漏れを防止する必要があります。-

低アウトガスのための重要な材料の選択
プラテン本体は真空に適した金属で製造する必要があります。一般的なオプションには次のようなものがあります。

316L ステンレス鋼 - 最も人気のあるオプション。ガス発生が少なく、高温での機械的強度に優れ、真空ベークアウトにおける耐酸化性を備えています。通常、表面仕上げは研磨または電解研磨されて表面積が最小限に抑えられ、ガスの放出がさらに制限されます。

特別に処理されたアルミニウム合金 (6061 または 7075) - 通常のアルミニウムは、水分を集める厚い多孔質酸化物コーティングがあるため、フーバーには適していません。ただし、中程度の温度（250 度未満）の用途では、アルミニウムの特殊な洗浄と真空ベーキングを利用できます。. 316L は、超高真空（UHV）-の場合に非常に適しています。

インコネルまたはその他の超合金 - インコネルまたはヘインズ合金は、ステンレス鋼が強度を失う 500 度を超える用途に指定されています。これらは高温では蒸気圧が非常に低くなります。

発熱体、絶縁体、熱電対ワイヤ、シール材を含むすべての内部コンポーネントは、ASTM E595 (宇宙および真空用途向け) などの規格で定められたガス放出制限 (全質量損失 (TML) 1.0%、収集揮発性凝縮性物質 (CVCM) 0.1%) に準拠する必要があります。

避けるべき物質:

アルミニウム標準 (高ガス放出、多孔質酸化物)。

プラスチックまたはポリマー（Vespel や Kapton などの高温、低ガス放出グレードを控えめに使用するために取っておきます）。{0}

バイトンまたは従来のエラストマー（限定された環境ではシリコンまたはフルオロシリコンが許容される場合があります。一般的にはすべて金属シールが好ましいです）-。

発熱体真空-対応、密閉型
プラテンには発熱体が埋め込まれており、内部からのガスや粒子の発生を防ぐために密閉する必要があります。許容されるデザインは次のとおりです。

鉱物-絶縁（MI）加熱ケーブル- 継ぎ目のない金属シース（インコネル、316SS または合金 600）内に圧縮酸化マグネシウム（MgO）粉末で包まれた抵抗線（NiCr または同等品）。製造では、MgO は乾燥され、真空脱気されます。シースの端は溶接されて閉じられます。

標準的なカートリッジ ヒーターには、ガスが放出される有機エンド シールが付いていることがよくあります。溶接クロージャー付きカートリッジ ヒーター フーバー サービスの場合、完全に溶接されたエンド キャップと MgO 充填物を備えたバージョンのみを使用できます。

カプセル化された抵抗素子 - 薄いプラテンの場合、周囲をレーザー溶接することにより、エッチングされたフォイル ヒーターを 2 枚の金属プレートの間に密閉してカプセル化できます。

発熱体をフィードスルーに接続する内部配線は、低ガス放出材料を使用して絶縁する必要があります。配線全体は鉱物絶縁ケーブルであることが好ましい。フレキシブルワイヤが必要な場合は、PTFE または Kapton (ポリイミド) 絶縁体が適切ですが、完全に真空ベークする必要があります。標準のPVCやナイロンワイヤーは使用しません。

電気フィードスルーおよび熱電対 (ハーメチック)
真空チャンバーの外側の大気からプラテンに入る電力線やセンサー線は、真空バリアを通過する必要があります。これは、セラミックから金属への貫通接続を使用して実行されます。-真空プレスの標準的なホットプレス プラテンには次の機能があります。

電力フィードスルー - 2 つ以上の導体 (必要に応じて、単相 - または三相 - に応じて) が金属フランジにろう付けされるか、プラテン本体に直接挿入されます。 セラミック絶縁体は通常 95% または 99% のアルミナであり、金属に気密封止されます。

熱電対フィードスルー - ファインワイヤ熱電対延長 (タイプ K または J) は、通常、小さなセラミック-対-金属シールを備えた真空気密継手を通過します。

これらのフィードスルーは、プラテンの動作温度 (真空ホットプレス用途では通常 300 ～ 500℃) と差圧 (外側 1 気圧、内側真空) に応じて評価する必要があります。ヘリウム質量分析計を使用してリークテストが行​​われ、リーク率は 10-9 mbar・L/s 未満となります。

熱電対の止まり穴やファスナーのネジ付きポケットなど、プラテン内の空洞-は「仮想漏れ」になる可能性があります。重要: このようなキャビティに閉じ込められたガスは徐々に真空中に漏れ出し、ポンプダウン時間が長くなり、ベース圧力が低下します。アーキテクチャでは、これらの空洞を外部環境に接続する通気通路を確保する必要があります。そうでない場合は、空洞を完全に削除する必要があります。たとえば、熱電対ウェルは通常、プラテンの表面に開けられた小さな穴 (直径 0.5 ～ 1.0 mm) によって通気され、閉じ込められた空気を排出できます。

真空条件下での熱均一性
熱の分散を助ける対流空気流が存在しない場合、プラテンは均一な表面温度を得るために伝導と内部輻射のみに依存する必要があります。均一性を実現するための主な設計機能:

最適化されたヒーター配置 - 発熱体は、作業面温度のばらつきが ±2 ～ 5 度以内になるように有限要素解析 (FEA) に基づいて配置されています。ゾーン制御には、独立して制御される複数のヒーターと熱電対が存在することがよくあります。

高い伝導性を備えた厚いプラテン本体 - 厚いプラテン (例: 25 ～ 40 mm) は、横方向の熱分布を改善します。ただし、厚さ、重量、および熱応答の間にはトレードオフの関係があります。

平坦度と表面研磨 - 上部接触面は、プラテン領域上で 0.025 ～ 0.05 mm (0.001 ～ 0.002 インチ) 以内に平らに研磨されます。良好な表面仕上げ (Ra < 0.8 μm) は、ワークピースへの効果的な熱接触を提供し、ガス放出のための表面積を減少させます。

プラテンの後ろの断熱材-プラテンの非作動面は、熱を前方に誘導するため、低ガス放出セラミック繊維板（シリカまたはアルミナ繊維など）で断熱されています。-これらのボードは、バインダーや揮発性物質を除去するためにベークアウトする必要があります。

実際には、プラテンは、吸収された水分や残留不純物を除去するために、使用前に真空下で 150 ～ 300 度で長時間焼き付けられることがよくあります。ベークアウト後、プラテンは安定した低ガス放出状態に達します。

真空ホットプレス加熱プレートの設計チェックリスト
真空ホットプレス加熱プレート設計の徹底したチェックリストは次のとおりです。

カテゴリ 重要な機能の検証方法
Body material 316L stainless steel (or Inconel for >500度）材質証明書 表面処理（電解研磨）
密閉された鉱物-絶縁（MI）ケーブル発熱体有機エンドシールなし、溶接シース
内部断熱材 圧縮 MgO (乾燥、真空脱気) フーバーによるメーカーのガス抜きデータ
フィードスルーセラミック-から-金属への漏れ率<10-9 mbar·L/sHelium leak test