作者：Craig Moller，Ipsen USA 总工程师
石墨隔热材料在帮助真空炉高效运行和保证工艺一致性方面发挥着关键作用。它是炉子的一个“隐藏”组件，但可以对炉子的抽真空时间产生很大影响，并有助于确保您的炉子每次都能可靠地快速到温，并有效进行工艺保温，还可以保护真空炉的其余部分免受热区内高温的影响。
当您查看石墨热区的横截面时，通常会看到以下两种材料之一：石墨软毡或石墨硬毡。这些材料结构通常在面向工件及高温的一面由石墨箔或碳纤维增强板（也称为“碳-碳复合板”）对其表面进行额外的保护。
一块典型的碳纤维增强碳板（碳-碳复合板）
多年来，Ipsen 真空炉的保温隔热层通常由 1 英寸的石墨硬毡和两层 1/2 英寸的石墨软毡组成。在面向热面的一侧由石墨箔（或碳-碳复合材料，取决于客户需求）保护。石墨箔（或碳-碳复合材料）与石墨硬毡共同构成了一个刚性层，可防止在装载和卸载过程中落入热区的小部件对隔热材料造成损坏。
石墨硬毡和石墨软毡复合结构的真空炉热区
但如果您查看最新的 Ipsen 石墨热区真空炉，您会注意到我们的制造标准已经发生了变化。今天的Ipsen 真空炉石墨热区的隔热材料由碳-碳复合板和四层1/2 英寸厚的石墨软毡组成。还可以根据客户的特殊需求，在热区的前端安装额外的碳-碳复合材料护板，以防止风蚀造成的损坏。
全石墨软毡结构的真空炉热区
我们经常鼓励正在寻找更换热区的客户改用全石墨软毡结构，当然也可以根据客户要求提供硬毡和软毡组合的热区。许多用户会问 – 为什么要做出这样的改变？
全石墨软毡隔热材料设计的优点
根据热传导定律，材料密度越低，隔热效果更好。与高密度材料相比，低密度隔热材料在限制热传导方面更加有效。虽然石墨硬毡也为多孔设计，但石墨软毡的毯状结构中较大的间隙更加显著降低了热传导。因此，软毡能进一步减少到达热区壳体和炉壁的热量，从而起到更有效地保护作用。
这个差异非常显著。当我们的工程师将相同尺寸的硬毡与软毡组合的热区和全石墨软毡的热区进行比较时发现，1英寸硬毡和1英寸软毡组合的设计与2英寸全石墨软毡的设计相比，热损失总体上大约增加10%。而去除挂架，固定杆等部件的热短路造成的热传导，单纯全石墨软毡隔热材料的整体隔热性能提高为44%*。
（*石墨硬毡在 1150 °C 时的导热系数为 0.25 W/mK。石墨软毡在 1150 °C 时的导热系数为 0.14 W/mK。因此，石墨毡的导热系数比石墨板低 0.11 W/mK，由此计算出44% 的隔热性能提高。）
石墨软毡还具有足够的弹性承受热膨胀，并且更易于维护。更换软毡也非常简单，只需取下损坏的整块软毡，用剪刀或其他切割工具裁剪掉损坏部分，再用一块按尺寸切割的新软毡替换该部分即可。此外，它也更容易在固定杆和喷嘴周围安装。仅使用手持式切割工具即可在安装过程中进行精确切割来适配热区上的部件。准备一卷石墨毡即可满足紧急维修的需要。
热胀冷缩有时会导致石墨硬毡的某些部分出现裂纹。随着时间的推移，这些裂缝可能会扩大到需要更换整块板的程度。由于石墨硬毡是一种更硬、更致密的材料，因此需要精细加工，使其尺寸与需要替换的板精确匹配。
碳-碳复合材料中的编织纤维结构使其比石墨箔更抗撕裂和破碎，而石墨软毡的可压缩性能更好地吸收掉落部件的冲击并回弹。石墨硬毡的裂缝和孔洞也更容易受到风蚀，对使用寿命产生不利影响。
额外的碳-碳复合材料端部保护，以减少风蚀
您需要更换新的热区了吗？
当您的设备出现下列问题时，您就需要考虑用新的全石墨软毡热区替换旧热区了：
l炉子抽速下降
l到温时间加长，或到温困难
l与刚购置设备时相比，保温所需的功率大大增加
l炉子外部出现温度异常升高的热点
l炉温均匀性变差或超过允许值
l零件表面看到石墨污染
l石墨隔热材料开裂和破损
全石墨软毡结构热区的好处总结：
l更有效的节能
l更少的热损失
l更好的均匀性
l更快的升温速率
l更严格的过程控制
l更少的石墨污染
l更低的维护成本
l更便捷的维保
l更好的投资回报
如果您有任何关于真空/气氛炉使用、维修保养的问题及设备采购需求，请联系我们：400-920-2271或ICS@ipsen.com.cn
来源：易普森工业炉