Opciones de estufas y hornos de cámara para atmósferas modificadas
Las soluciones de atmósfera modificada de Carbolite Gero para estufas y hornos de cámara incluyen productos con retortas incorporadas, equipos de retorta opcionales, así como soluciones totalmente personalizadas.
Para temperaturas de hasta 700 °C, Carbolite Gero fabrica la gama de hornos HTMA para uso con atmósfera modificada. Estos hornos se han diseñado específicamente para proporcionar un excelente control de una atmósfera inerte, con el objetivo principal de reducir la concentración de oxígeno a niveles muy bajos.
Los controles de caudal separados para los gases de purga y de proceso permiten que, una vez que se ha purgado el aire atmosférico de la cámara, se pueda utilizar el gas de proceso con caudales más bajos. La conmutación entre el gas de purga y el gas de proceso puede realizarse manualmente o añadiendo un sistema de control automático programable. Se pueden alcanzar niveles de oxígeno de hasta 50 ppm.
Para mantener una atmósfera modificada, se requiere un recipiente sellado. En los hornos de cámara normalmente se utiliza una retorta para cumplir este requisito. Los equipos y accesorios opcionales para atmósferas modificadas permiten una mayor flexibilidad operativa, ya que los productos pueden utilizarse para múltiples aplicaciones con diferentes gases, en vacío o sin atmósfera modificada.
Una retorta puede utilizarse para diversos procesos de tratamiento térmico que requieren una atmósfera inerte o reactiva controlada, p. ej. para evitar la oxidación o aumentar la dureza de la superficie. La retorta A105 incorpora una junta de caucho de silicona y puede alcanzar niveles de oxígeno más bajos que la retorta A107 que utiliza una junta de arena. Se fabrica en una aleación de NiCr (Inconel) con una temperatura máxima de funcionamiento de 1100 °C o en acero inoxidable de grado 314 con una temperatura máxima de funcionamiento de 1050 °C.
La retorta de aleación de NiCr A105 (Inconel) está sellada por una puerta aislante extraíble de apertura frontal provista de una junta de caucho de silicona. Las conexiones de entrada y salida de gas son fácilmente accesibles en la parte delantera. Es posible alcanzar niveles de oxígeno de hasta 30 ppm si se purga con un gas inerte adecuado.
Las retortas A105 para hornos de laboratorio CWF están equipadas con un termopar de 3 mm que pasa por el centro de la puerta. La retorta y el horno deben pedirse juntos, ya que el horno está modificado para poder utilizarse con o sin la retorta. La retorta A105 puede utilizarse en combinación con elsistema de seguridad de gases de laboratorio para un uso seguro con hidrógeno.
La retorta de aleación de NiCr (Inconel) A107 tiene una tapa plana desmontable que se inserta en un sello de arena sobre una base profunda. Puede utilizarse para el recocido y la carburación de paquetes.
Las conexiones de entrada/salida de gas montadas en la parte frontal pasan a través de ranuras en la puerta del horno. La retorta y el horno deben pedirse juntos, ya que el horno está modificado para permitir su uso con y sin la retorta.
El horno de recocido GLO cuenta con una retorta estanca al vacío con una posición muy simétrica de las resistencias. La puerta frontal de la retorta cilíndrica puede calentarse si es necesario, así como refrigerarse por aire desde el exterior o purgarse con gas inerte frío mediante el sistema opcional de refrigeración rápida.
Los hornos de cámara de atmósfera modificada GPCMA están equipados con una retorta metálica para proporcionar un volumen calentado con una atmósfera controlada. Están disponibles con un rango de temperatura máxima de 1000 °C a 1150 °C según el material de retorta seleccionado. Los volúmenes de trabajo de la retorta oscilan entre 37 y 245 litros. Los niveles de oxígeno pueden reducirse a 30 ppm en función de la aplicación. Perfecta para aliviar tensiones de componentes fabricados con aditivos, especialmente los fabricados mediante DMLS.
Para temperaturas superiores a las alcanzables en un horno de cámara, puede utilizarse un horno de vacío para crear atmósferas modificadas hasta una temperatura de 3000 °C.
Los hornos de vacío de Carbolite Gero se fabrican siguiendo los estándares de calidad más altos. Carbolite Gero cuenta con décadas de experiencia en el desarrollo de plantas e instalaciones que operan con altas temperaturas y sistemas de vacío.
Estos hornos están concebidos para el trabajo con diferentes tipos de vacío, así como gases reactivos o inertes. Dependiendo del modelo, el aislamiento del horno de vacío puede ser de metal, grafito o cerámica, siendo los modelos con grafito los que pueden alcanzar las temperaturas más altas (hasta 3000°C, bajo demanda).
Además de la gama estándar de equipos y productos de atmósfera modificada, Carbolite Gero es un experto en el desarrollo de equipos personalizados para procesos complejos de tratamiento térmico.
En este campo, Carbolite Gero ha alcanzado una posición de liderazgo en sectores como el aeroespacial, la ingeniería, la ciencia de materiales, la medicina, la biociencia y los laboratorios de ensayos por contrato, por nombrar solo algunas áreas.
Este HTMA 6/220 se modificó para el tratamiento térmico de una amplia gama de obleas semiconductoras. El proceso consiste en alear 330 nanómetros (nm) de oro en obleas de silicio de 8 pulgadas con un grosor de 50-200 micrómetros (µm). Las obleas se adelgazan y tienen distintos grosores:
El horno ha sido equipado con la opción de enfriamiento rápido que enfría el horno de 420 °C a 200 °C en 20 minutos. En la parte posterior del horno hay dos ventiladores de refrigeración.
El aire frío se sopla alrededor del exterior de la cámara del horno a través de unos conductos situados entre el aislamiento y la pared de la cámara. Para evitar un exceso de flujo de aire cuando no se necesita refrigeración, también hay una compuerta de cierre automático en el conducto de salida.
El controlador de temperatura está programado para utilizar el estado del bloqueo de la puerta para iniciar o detener automáticamente un ciclo de proceso, permitiendo así un ciclo continuo. El calentamiento se activa cuando el sensor lambda detecta que el nivel de oxígeno en la cámara ha descendido por debajo de un determinado umbral; por ejemplo, cuando el oxígeno desciende a 50 partes por millón (ppm), se inicia el programa de temperatura.
Otras modificaciones son las posiciones personalizadas de las rejillas en el interior de la cámara para dejar espacio a los estantes de obleas en cada rejilla, caudalímetros adicionales para su uso con gases alternativos, como el argón, y un soporte de suelo opcional para elevar el horno a una posición cómoda para los operarios. El controlador de temperatura también está configurado para cambiar automáticamente entre los caudales de gas de purga y de proceso.
Para mantener un ciclo de procesamiento continuo, era importante que el HTMA volviera rápidamente a las mejores condiciones de funcionamiento, tanto en lo que se refiere a la temperatura como la concentración de oxígeno en la cámara, tras abrir la puerta a 200 °C para la descarga y la recarga.
El gráfico muestra claramente que los niveles de oxígeno aumentan rápidamente en el momento en que se abre la puerta del horno, seguido de un rápido descenso cuando se vuelve a cerrar la puerta, ya que el flujo de purga de nitrógeno se activa automáticamente. Esto fue registrado tanto por el sensor lambda montado en el horno como por un analizador de oxígeno independiente.
El uso de una bomba de vacío para evacuar la retorta a temperatura ambiente y rellenarla con un gas inerte puede ser necesario cuando se someten materiales porosos a un tratamiento térmico.
De este modo se consigue una atmósfera mucho más pura que mediante la purga únicamente.
Este horno está diseñado para la calcinación (descomposición térmica) de materiales catalizadores para su uso en la química de producción. El tratamiento de estos materiales puede crear un entorno corrosivo dentro del horno, de ahí la necesidad de construir la retorta con Hastelloy C-2000®, una aleación compuesta de níquel, cromo, molibdeno, hierro y cobre. Esta combinación ofrece una mayor resistencia a la corrosión.
Este horno de cámara de retorta personalizado es capaz de alcanzar temperaturas de hasta 1200 °C. Sin embargo, debido a las propiedades de resistencia térmica del material de la retorta, el horno está limitado a una temperatura máxima de trabajo de 1000 °C. Las temperaturas típicas de trabajo son de hasta 700 °C.
La retorta tiene un volumen de 1000 litros y está diseñada para albergar hasta 12 bandejas de muestras del cliente que se apoyan en un soporte también de Hastelloy C-2000®. Un tubo de entrada de gas permite al cliente modificar la atmósfera de la retorta introduciendo un gas no inflamable, como nitrógeno o argón, para adaptarla a los requisitos de su proceso. La puerta de la retorta se mantiene cerrada mediante abrazaderas industriales sobre-centradas y se bloquea de forma segura mediante dos cilindros neumáticos.
El horno está dividido en tres zonas de calentamiento, una en la solera y dos situadas verticalmente a ambos lados de la cámara. El control de la temperatura se realiza mediante tres controladores Eurotherm 3508 conectados por comunicación digital, de modo que el valor de consigna puede transmitirse del controlador de la zona central a los otros dos controladores. Cada zona de calentamiento está conectada a un controlador de sobretemperatura 3216CC independiente.
Toda la instrumentación se aloja en un armario de control independiente, que también cuenta con un contador de kilovatios-hora que permite al cliente controlar su consumo de electricidad.
El equipo incluye un sistema de enfriamiento forzado diseñado para soplar aire ambiente en la cavidad entre la retorta y el aislamiento del horno. El ventilador es capaz de suministrar 600 m3 de aire por hora a una presión de 9" de agua, lo que reduce el tiempo total de enfriamiento a aprox. 3 horas.
Bien se trate de un producto estándar con atmósfera modificada o de un sistema completamente personalizado, Carbolite Gero tiene una experiencia de muchos años y ha producido miles de hornos y realizado proyectos en todo el mundo.
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