真空炉

真空炉は、処理中に炉内の製品が真空に囲まれているタイプの炉です。空気やその他のガスが存在しないため、酸化や対流による製品からの熱損失が防止され、汚染源が除去されます。これにより、炉は材料（通常は金属とセラミック）を厳選した材料で3,000  °C（5,432  °F）^{[1]という高温まで加熱することができます。炉の最大温度と真空レベルは、加熱された材料の}融点と蒸気圧によって異なります。真空炉は、アニーリング、ろう付け、焼結、熱処理などのプロセスを高い一貫性と低い汚染で実行するために使用されます。

真空炉の特徴は次のとおりです。

• 範囲内で均一な温度。800～3,000  °C (1,500～5,400  °F )
• 市販の真空ポンプシステムは、1 × 10 ⁻¹¹ torrs（1.3 × 10 ⁻¹¹  mbar; 1.3 × 10 ⁻¹⁴  atm）という低い真空レベルに達することができます。
• 温度は、通常、熱シールドまたは断熱材で囲まれた加熱ゾーン内で制御できます。
• 炭素、酸素、その他のガスによる製品の汚染が少ない。
• 真空ポンプ システムは、加熱中にプロセス材料から低温副産物を除去し、最終製品の純度を高めます。
• 製品の急速冷却（クエンチング）により、プロセスサイクル時間を短縮できます。
• プロセスはコンピューター制御され、再現性が保証されます。

通常、金属を大気中で高温に加熱すると、急速な酸化が起こり、これは望ましくありません。真空炉は酸素を除去し、これを防ぎます。

アルゴンなどの不活性ガスは、炉内で所定の処理を行った後、処理した金属を非冶金レベル（400 °F [200 °C]未満）まで急速に冷却するためによく使用されます。^{[2]この不活性ガスは大気圧の2倍以上に加圧され、}熱交換器を通過する前に熱を吸収するためにホットゾーン領域を循環します。このプロセスは、所定の温度に達するまで継続されます。

真空炉は、製造業と研究室の両方で幅広い用途に使用されています。たとえば、低温真空オーブンは、乾燥のみよりもはるかに効率的にバイオマスを乾燥するために使用できます。^[3]同様に、マイクロ波真空乾燥は、クランベリーなどの食品の乾燥に可能性を示しています。^{[4] [5]}

1200 °C 未満の温度では、真空炉が鋼合金の熱処理によく使用されます。一般的な熱処理の用途の多くは、鋼部品の焼き入れと焼き戻しを行って、使用中に強度と靭性を高めることです。焼き入れでは、鋼を所定の温度まで加熱し、その後、水、油、または適切な媒体で急速に冷却します。

真空炉のさらなる用途は、低圧浸炭または LPC としても知られる真空浸炭です。このプロセスでは、ガス (アセチレンなど) が、通常 1,600 ～ 1,950 °F (870 ～ 1,070 °C) の温度で、部分圧としてホット ゾーンに導入されます。ガスは、その構成要素 (この場合は炭素と水素) に分解されます。次に、炭素は部品の表面領域に拡散します。この機能は通常、ガスの投入期間と拡散時間を変えながら繰り返されます。作業負荷が適切に「カバード」されると、金属はオイルまたは高圧ガス (HPGQ) を使用して急冷されます。HPGQ では、窒素、またはより高速な急冷用のヘリウムが一般的に使用されます。このプロセスは、ケース ハードニングとも呼ばれます。

真空炉のもう 1 つの低温用途は、バインダーを除去するプロセスである脱バインダーです。密閉されたチャンバー内で真空下で熱を加え、骨材からバインダーを溶解または蒸発させます。バインダーはポンプ システムによって排出され、下流で収集またはパージされます。融点の高い材料は精製された状態で残され、さらに処理することができます。

1200 °C を超える温度に対応できる真空炉は、エレクトロニクス、医療、結晶成長、エネルギー、人工宝石など、さまざまな産業分野で使用されています。真空環境で金属と非金属の両方の高温材料を処理することで、アニーリング、ろう付け、精製、焼結などのプロセスを制御された方法で実行できます。