Horno de vacío

Un horno de vacío es un tipo de horno en el que el producto en el horno está rodeado por un vacío durante el procesamiento. La ausencia de aire u otros gases evita la oxidación , la pérdida de calor del producto a través de la convección y elimina una fuente de contaminación. Esto permite que el horno caliente materiales (normalmente metales y cerámicas) a temperaturas de hasta 3000 °C (5432 °F ) ^[1] con materiales seleccionados. Las temperaturas máximas del horno y los niveles de vacío dependen de los puntos de fusión y las presiones de vapor de los materiales calentados. Los hornos de vacío se utilizan para llevar a cabo procesos como recocido , soldadura fuerte , sinterización y tratamiento térmico con alta consistencia y baja contaminación.

Las características de un horno de vacío son:

Temperaturas uniformes en el rango. 800–3.000 °C (1.500–5.400 °F )
Los sistemas de bombeo de vacío disponibles comercialmente pueden alcanzar niveles de vacío tan bajos como 1 × 10 ⁻¹¹ torrs (1,3 × 10 ⁻¹¹ mbar; 1,3 × 10 ⁻¹⁴ atm).
La temperatura se puede controlar dentro de una zona calentada, normalmente rodeada por un blindaje térmico o aislamiento.
Baja contaminación del producto por carbono, oxígeno y otros gases.
Los sistemas de bombeo de vacío eliminan los subproductos de baja temperatura de los materiales del proceso durante el calentamiento, lo que da como resultado un producto final de mayor pureza.
El enfriamiento rápido ( temple ) del producto se puede utilizar para acortar los tiempos del ciclo del proceso.
El proceso puede controlarse por computadora para garantizar la repetibilidad.

Calentar metales a altas temperaturas al aire libre normalmente provoca una oxidación rápida , lo cual es indeseable. Un horno de vacío elimina el oxígeno y evita que esto suceda.

A menudo se utiliza un gas inerte , como el argón , para enfriar rápidamente los metales tratados hasta niveles no metalúrgicos (por debajo de 400 °F [200 °C]) después del proceso deseado en el horno. ^[2] Este gas inerte se puede presurizar a dos veces la presión atmosférica o más, y luego circular a través del área de la zona caliente para captar calor antes de pasar por un intercambiador de calor para eliminar el calor. Este proceso continúa hasta que se alcanza la temperatura deseada.

Usos comunes

Los hornos de vacío se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, tanto en las industrias de producción como en los laboratorios de investigación. Por ejemplo, un horno de vacío de baja temperatura se puede utilizar para secar biomasa de forma mucho más eficiente que el secado solo. ^[3] De manera similar, el secado por microondas al vacío ha demostrado tener potencial para secar alimentos como los arándanos. ^[4]^[5]

A temperaturas inferiores a 1200 °C, se suele utilizar un horno de vacío para el tratamiento térmico de aleaciones de acero . Muchas aplicaciones generales de tratamiento térmico implican el endurecimiento y revenido de una pieza de acero para que sea fuerte y resistente durante el servicio. El endurecimiento implica calentar el acero a una temperatura predeterminada y luego enfriarlo rápidamente en agua, aceite o un medio adecuado.

Otra aplicación de los hornos de vacío es la carburación al vacío , también conocida como carburación a baja presión o LPC. En este proceso, se introduce un gas (como el acetileno) como presión parcial en la zona caliente a temperaturas que normalmente oscilan entre 1600 y 1950 °F (870 y 1070 °C). El gas se disocia en sus elementos constituyentes (en este caso, carbono e hidrógeno). A continuación, el carbono se difunde en la superficie de la pieza. Esta función suele repetirse, variando la duración de la entrada de gas y el tiempo de difusión. Una vez que la carga de trabajo está correctamente "envuelta", el metal se enfría utilizando aceite o gas a alta presión (HPGQ). Para HPGQ, se suele utilizar nitrógeno o, para un enfriamiento más rápido, helio. Este proceso también se conoce como endurecimiento superficial .

Otra aplicación de baja temperatura de los hornos de vacío es el desaglomerado, un proceso para la eliminación de aglutinantes. Se aplica calor al vacío en una cámara sellada, fundiendo o vaporizando el aglutinante del agregado . El aglutinante es evacuado por el sistema de bombeo y recogido o purgado aguas abajo. El material con un punto de fusión más alto queda en un estado purificado y puede procesarse más.

Los hornos de vacío capaces de alcanzar temperaturas superiores a los 1200 °C se utilizan en diversos sectores industriales, como la electrónica, la medicina, el crecimiento de cristales, la energía y las gemas artificiales. El procesamiento de materiales de alta temperatura, tanto de metales como de no metales, en un entorno de vacío permite que se realicen procesos de recocido , soldadura fuerte , purificación , sinterización y otros de forma controlada.

Referencias

^ mrf-furnaces.com/vacuum-furnaces/ Hornos de vacío - Materials Research Furnaces, Inc.
^ "Horno de vacío en IMP".
^ Hubbard, Benjamin R.; Putman, Lindsay I.; Techtmann, Stephen; Pearce, Joshua M. (junio de 2021). "Diseño de horno de vacío de código abierto para secado a baja temperatura: evaluación del rendimiento para PET reciclado y biomasa". Revista de fabricación y procesamiento de materiales . 5 (2): 52. doi : 10.3390/jmmp5020052 . ISSN 2504-4494.
^ Yongsawatdigul, J.; Gunasekaran, S. (mayo de 1996). "Secado al vacío por microondas de arándanos: Parte I. Uso y eficiencia energética". Revista de procesamiento y conservación de alimentos . 20 (2): 121–143. doi :10.1111/j.1745-4549.1996.tb00850.x. ISSN 0145-8892.
^ Yongsawatdigul, J.; Gunasekaran, S. (mayo de 1996). "Secado al vacío por microondas de arándanos: Parte II. Evaluación de calidad". Revista de procesamiento y conservación de alimentos . 20 (2): 145–156. doi : 10.1111/j.1745-4549.1996.tb00851.x . ISSN 0145-8892.

[1] rf-furnaces.com/vacuum-furnaces/ Hornos de vacío - Materials Research Furnaces, Inc.

[2] "Horno de vacío en IMP".

[3] Hubbard, Benjamin R.; Putman, Lindsay I.; Techtmann, Stephen; Pearce, Joshua M. (junio de 2021). "Diseño de horno de vacío de código abierto para secado a baja temperatura: evaluación del rendimiento para PET reciclado y biomasa". Revista de fabricación y procesamiento de materiales . 5 (2): 52. doi : 10.3390/jmmp5020052 . ISSN 2504-4494.

[4] Yongsawatdigul, J.; Gunasekaran, S. (mayo de 1996). "Secado al vacío por microondas de arándanos: Parte I. Uso y eficiencia energética". Revista de procesamiento y conservación de alimentos . 20 (2): 121–143. doi :10.1111/j.1745-4549.1996.tb00850.x. ISSN 0145-8892.

[5] Yongsawatdigul, J.; Gunasekaran, S. (mayo de 1996). "Secado al vacío por microondas de arándanos: Parte II. Evaluación de calidad". Revista de procesamiento y conservación de alimentos . 20 (2): 145–156. doi : 10.1111/j.1745-4549.1996.tb00851.x . ISSN 0145-8892.