真空科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域
真空科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣,目前已經(jīng)滲透到車輛、土木建筑工程、機(jī)械、包裝、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥及醫(yī)療器械、石油、化工、食品、光學(xué)、電氣、電子、原子能、半導(dǎo)體、航空航天、低溫、專用機(jī)械、紡織、造紙、農(nóng)業(yè)以及民用工業(yè)等工業(yè)部門和科學(xué)研究工作中。現(xiàn)就其主要的幾個(gè)領(lǐng)域簡述如下:
1、真空在輸運(yùn)、吸引、起吊及真空造型等設(shè)備中的應(yīng)用
真空輸運(yùn)、真空吸盤及起吊設(shè)備、都是利用真空與大氣間存在壓力差所產(chǎn)生的力來做功的。由于這種機(jī)械能存在著壓強(qiáng)處處均勻的特點(diǎn),因此可絕對(duì)密接地施加到任何形狀的平面上。目前、這些真空設(shè)備大多用在吸魚、糧食、面粉、煤粉、煙草、水泥、泥漿、紙漿、粉狀礦物粉狀化工產(chǎn)品,水泥地板,預(yù)制板、機(jī)場及公路水泥跑的快速吸干、車間起吊、機(jī)床夾具,玻璃裝運(yùn),吸乳、吸塵。人工流產(chǎn)吸引胎兒:吸痰、吸胸膜積水、膿液、吸腸以及吸引原子彈爆炸所產(chǎn)生的輻射塵埃等生產(chǎn)作業(yè)中。這些設(shè)備均具有結(jié)構(gòu)簡單,易于操作維護(hù)、運(yùn)輸、起吊吸引過程中無震動(dòng)、生產(chǎn)效率高、運(yùn)送易損壞物件安全可靠、對(duì)環(huán)境無污染等特點(diǎn)。因此具有廣闊的應(yīng)用范圍和前景。
真空造型也是利用壓差力的一個(gè)重要方面,近年來在立體軍用地圖、盲人書籍、示數(shù)摸型、高級(jí)陶瓷、混凝土予制件、電冰箱洗衣機(jī)板件、玩具、復(fù)制浮雕和文物、行波管和返波管中的細(xì)旋支柱成形、質(zhì)譜儀中分析室以及微波系統(tǒng)的波導(dǎo)制作方面、都廣泛的采用了這一技術(shù)。
真空力學(xué)應(yīng)用的另一個(gè)領(lǐng)域是真空過濾和真空浸漬。目前化工,制糖,水泥等工業(yè)部門已開始大量采用的連續(xù)真空過濾、很容易將粘度大的懸浮液利用壓差力的作用、通過微細(xì)篩孔而將其懸浮液中的液體與固體分離。在染料工業(yè)中利用真空過濾法可以大量節(jié)省棉布。真空浸漬是把片狀或纖維狀的疏松物質(zhì),進(jìn)行先抽真空,再在液體中浸漬充填一些新的物質(zhì)的一種新型工藝。這種工藝用在含油軸承、魚網(wǎng)纖維、皮革、非電解電容,變壓器、電動(dòng)機(jī)定子線圈等產(chǎn)品上已經(jīng)顯著的提高了產(chǎn)品質(zhì)量。此外這種工藝對(duì)疏松劣質(zhì)木材進(jìn)行聚脂樹脂浸,對(duì)鉛筆木進(jìn)行蠟類浸漬使其改變原有的天然性能達(dá)到化劣質(zhì)為優(yōu)質(zhì)的目的、并已達(dá)到了予期的效果。
2、真空在電真空器件中的應(yīng)用
由于各種電真空器件的工作原理是基于電場、磁場來控制電子在空間的運(yùn)動(dòng)借以達(dá)到放大、振蕩、顯示圖象等目的。因此避免電子與氣體分子間的碰撞,保證電子在空間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,防止發(fā)射熱電子的陰極氧化中毒,把電子器件內(nèi)抽成不同電真空器件所要求的不同真空度、保證電子器件的正常工作,是絕對(duì)必要的。目前電真空工業(yè)中所生產(chǎn)的電真空器件主要有各種真空斷路器、真空管 ( 整流管、發(fā)射管、收信管、速調(diào)管、行波管、磁控管、光電管等 ) ;各種離子管 ( 泵弧整流管、引燃管、計(jì)數(shù)管、閘流管、噪音管、雷達(dá)電線開關(guān)等 ) ;各種電子束管 ( 示波管、攝象管、顯象管、 x 光管、變象管等 ) ;各種電光源管 ( 照明燈,光譜燈、儀器用燈等 ) 以及中子管、電子衍射儀、電子顯微鏡、 x 光顯微鏡,各種粒子加速器、質(zhì)譜儀、核輻射譜儀、氣體激光器以及利用真空中電子束進(jìn)行除氣、熔煉、區(qū)域提純、難熔金屬和介質(zhì)的熔化和鉆孔,開槽切割、放射性同位素的蒸發(fā),難熔金屬的焊接等許多方面。這些電子器件及工藝,在近代科學(xué)和近代大工業(yè)生產(chǎn)中所起的作用是不言而喻的。這里不再贅述。
3、直空在冶金工業(yè)中的應(yīng)用
在真空中對(duì)金屬及其合金進(jìn)行真空冶金范圍很廣,包括真空蒸餾、礦石及其半產(chǎn)品的真空分離,金屬化合物真空還原、鋼液爐外真空脫氣和精煉、金屬真空熔鑄、真空燒結(jié),真空熱處理、真空釬焊及真空固態(tài)接合等多種工藝方法。真空冶金工業(yè)自二十世紀(jì)五十年代發(fā)展以來之所以得到極為廣泛地應(yīng)用,是因?yàn)檎婵窄h(huán)境在冶金過程中具有一系列的特點(diǎn)所致。首先是真空環(huán)境中物質(zhì)與殘余氣體分子間的化學(xué)作用十分微弱,因此非常適宜對(duì)黑色金屬、稀有金屬,超純金屬及其合金、半導(dǎo)體材料的熔煉和精制。其次,在真空環(huán)境中可通過降低單一氣體分子的分壓強(qiáng)、達(dá)到鋼液脫氣精煉、真空碳脫氧的目的。真空環(huán)境的另一個(gè)特點(diǎn)還在于它在較低的溫度下、具有進(jìn)行一定反應(yīng)的能力,例如在同樣溫度下,有些反應(yīng)過程在大氣中則難以進(jìn)行,但是在低壓下就十分容易。這就是真空化合物分解和有色金屬冶煉的基本原理。表 4 給出了各種不同真空冶金領(lǐng)域中所采用的各種工藝方法和它們的適用范圍。供讀者參閱。表 4 中給出的真空冶金中,尚應(yīng)包括真空鍍膜工藝,但是由于這一領(lǐng)域,目前已成為真空表面處理技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分,因此我們將在下一節(jié)中詳述。
表5 真空冶金的主要領(lǐng)域、工藝方法及其適用范圍
領(lǐng)域 |
工藝方法 |
運(yùn)用范圍 |
真 空 熔 煉 |
真空感應(yīng)熔煉 |
鐵鎳鈷銅鈹鈾系金屬及其合金 鈦鈹系金屬及其合金、鐵鎳鈷系高級(jí)合金鋼、鈾系合金、硅、鋯、鐵、鈮、鉑的區(qū)域精煉 |
自耗電極真空弧熔煉 |
鐵鎳鈷系高級(jí)合金鋼及低合金鋼,高級(jí)合金鎢鋁銠鉭鈦系金屬及其合金 |
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非 耗電極真空電弧熔煉 |
鈾鈦鋯及碳化鈾熔煉 |
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真空弧熱源在水冷銅坩堝中精煉及鑄造 |
鈦鋯鉬鈮鎢鉭及鈾等金屬合金 |
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真空電子束熔煉同時(shí)在水冷銅坩堝中凝固成錠 |
鎢、鉬、鈮、鉭、鉿、鈹?shù)葼栯y熔金屬及全金高級(jí)合金鋼、超級(jí)合金、起純金屬 |
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電子束熱源在水冷 銅坩堝中皮殼精練然后進(jìn)行離子鑄造或精密鑄造 |
鋁、鉬、鈮、鉭、鋯、鈦等,滾球軸承鋼等,高級(jí)合金鋼 |
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溢流法電子束多重熔床熔煉及冷凝成錠 |
高純金屬、高純合金及高級(jí)合金鋼 |
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等離子弧熔煉 |
合金鋼及工具材料 |
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等離子弧重熔 |
鈦及合金鋼 |
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等離子弧感應(yīng)熔煉 |
耐熱鋼及耐熱合金 |
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真空精練 |
合金鋼精練及脫氣 |
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真 空 脫 氣 及 爐 外 精 煉 |
鋼包靜態(tài)真空脫氣 |
處理合金鋼 |
真空澆注 |
碳鋼合金鋼大鍛件鋼錠 |
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倒包脫氣 |
結(jié)構(gòu)鋼 |
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出鋼脫氣 |
與電爐組合處理各種合金鋼 |
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出鋼脫氣加真空澆注 |
大鋼件鋼錠處理澆注 |
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出鋼脫氣加例包脫氣 |
各種鋼 |
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提升處理( DH 法) |
碳鋼、低合金錫、彈簧鋼、軸承鋼、不銹鋼電工鋼 |
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循環(huán)處理( RH 法) |
同上 |
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電磁攪拌真空脫氣 |
軸承鋼、超高強(qiáng)度鋼 |
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真空鋼包吹氬 |
低合金鋼 |
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真空電弧加熱脫氣 |
高合金鋼 |
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真空吹氧脫碳精練 |
不銹鋼及其他合金、高純鐵素體不銹鋼 |
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電弧加熱電磁攪拌真空精煉 |
合金鋼、不銹鋼、軸承鋼 |
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真空吹氧精煉 |
不銹鋼 |
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氬氧精煉 |
不銹鋼、結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、工具鋼 |
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水蒸氣混氧精煉 |
不銹鋼、猛鉻鋼 |
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真 空 熱 處 理 |
真空退火 |
鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、工具模具鋼、鉬、鋁、鈦、鋯、鈾、銅、鈦合金 |
真空氣體淬火真空高壓氣淬 |
高速鋼、馬氏體鉻鋼、冷作工具鋼、熱處工具鋼、鈦合金鑄件 |
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真空油淬火 |
工具鋼、高速鋇 |
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電子束淬火 |
活塞環(huán)槽脊、汽車凸輪軸及有關(guān)零件 |
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輝光離子氮化 |
鉻鋼、高速鋼、球未鑄鐵零件 |
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真空滲碳真空離子滲碳 |
軸鑿輪模具等零件 |
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真 空 接 合 |
電子束焊接 |
難熔金屬活性金屬、耐熱鋼、不銹鋼、彈簧鋼、高速鋼 |
真空釬焊 |
不銹鋼、鋁和鋁合金、鈦及其合金鈹與不銹鋼、鈹 - 鈦、鈹 - 鈮、鈹 - 陶瓷 |
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真空固態(tài)結(jié)合(擴(kuò)散焊) |
鎳懸超合金,鈦合金 Cu-Ni , Ti- 鋼 Cu-Nb 、銅 - 鋼 |
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真空燒結(jié) |
真空精類冶金 |
高純度耐熱金屬及合金,復(fù)合金屬、高磁性磁鐵、不銹鋼零件 |
真空蒸餾濃縮和結(jié)晶 |
真空蒸餾 |
有機(jī)油類、合成樹脂原料、高級(jí)酒精、高級(jí)脂肪酸、維生素 A 、 E 、苯乙烯、香乙醇、制酒、香精分離、鈦給鋯去掉鎂雜質(zhì)和二氧化碳 |
真空濃縮 |
合成氨、合成尿素、制鹽糖、制酸、合成洗滌劑、制堿、浮制品、果汁、果醬 |
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真空結(jié)晶 |
氯化鉀、氯化鈉、合成尿素、合成氨 |