2500℃小型石墨加热高温炉技术方案

文件编号: STR CSF2025-2500-V202502x

文件版本: DEMO V1.0学习版

电炉型号: STR CSF2025-2500

一、 简介

本技术方案所述2500℃小型石墨加热高温炉是一款专为超高温环境设计的实验室及小型生产用高温电炉设备。

该2500℃小型石墨加热高温炉采用高纯度石墨作为发热体和隔热屏的核心材料,在真空或保护气氛环境下,可实现最高2500℃的极限工作温度。该2500℃小型石墨加热高温炉具有升温速度快、温度均匀性好、极限温度高、操作简便等特点,广泛应用于新材料合成、陶瓷烧结、金属热处理、碳化、石墨化等高端领域。

二、 主要用途

科研实验: 超高温陶瓷(如碳化硅、氮化硅、硼化物陶瓷等)的烧结。

材料合成: 碳纳米管、石墨烯、氮化硼等新材料的合成与制备。

热处理: 难熔金属(如钨、钼、钽)及其合金的高温退火、去应力。

石墨化处理: 对碳材料、碳纤维制品进行高温石墨化处理。

晶体生长: 氧化物晶体、半导体晶体的高温熔融生长实验。

三、 工作原理

该2500度高温炉采用电阻加热原理。通电后,交流电源通过电极向炉体内的石墨发热体输送大电流,利用石墨材料在高纯惰性气体(如氩气)或真空环境下的电阻发热特性,将电能转化为热能。

炉膛内部由多层石墨硬毡/软毡构成的隔热屏包裹,有效减少热量向外辐射,形成均匀的高温场,并将热量集中于样品区域,从而实现高温并保证炉膛内的温度均匀性。整个加热过程通过智能程序温度控制器,根据预设的升温、保温和降温曲线进行精确自动控制。

四、 主要技术参数

电炉名称：2500℃小型石墨加热高温炉

电炉型号：STR CSF2025-2500

电炉结构：卧室，前开门

最高工作温度:2500 ℃

长期使用温度:≤ 2400 ℃

炉膛尺寸:约200 mm × 250 mm (直径 × 深度)

加热方式:石墨电阻加热(石墨发热体+石墨隔热屏)

加热元件:高纯度等静压石墨

炉膛材质：石墨

温控系统:智能程序温度控制器,30段程序设定

测温元件:S型铂铑-铂热电偶 (0-1600℃) + 红外光学测温仪 (1600-2500℃),自动切换

测温精度:±1℃ (热电偶段),±0.3% (红外段)

升温速率:≤ 20 ℃/min (推荐常用 5-10 ℃/min)

降温速率:自然冷却(可通过通入保护气加速)

额定功率:≈ 45-55 kW (根据升温速率而定)

电源要求:三相380V AC, 50/60Hz, 容量≥80 kVA

工作环境:真空,或惰性气体保护(如高纯氩气、氮气)

极限真空度:≤ 6.0×10<-3Pa (选配高真空系统)

漏率:≤ 1.0×10-4< Pa·m3/s

气氛压力:微正压,≤ 0.05 MPa

外形尺寸:≈ 1100 mm (W) × 1100 mm (D) × 1500 mm (H)

设备重量:≈ 600 kg

五、 可增选配置

高真空系统: 分子泵组(替代机械泵组),实现更高的极限真空(≤ 5.0×10^-4 Pa)。

气体净化系统: 用于去除保护气体中的微量氧气和水分子,延长石墨件寿命。

快速冷却系统: 炉壳外壁增加水冷盘管或内部强制气氛循环系统,大幅提高降温速度。

数据记录仪: 连接电脑,实时记录并输出温度-时间、电压、电流、真空度等曲线和数据。

远程控制模块: 支持以太网或Wi-Fi,实现远程监控和操作。

多种规格坩埚: 配套石墨、钼、钨、氧化铝等材质的坩埚和料架。

六、 结构特点(详细描述)

炉体结构:

双层水冷炉壳: 外层为优质碳钢,内外层之间通有循环冷却水,确保炉体表面温度低于安全标准,保护外部元器件并确保操作安全。

水平开启式设计: 炉体一般为前后开门或侧开式,炉门采用铰链或平移方式,开启轻便,便于样品取放和炉膛维护。

热场系统(核心部分):

发热体: 采用质优高纯度等静压石墨加工而成的网状或筒状结构,电阻均匀,耐热冲击性好,使用寿命长。

隔热屏: 采用多层(通常为5-8层)石墨硬毡和石墨软毡组合结构。这种设计极大地减少了热量的辐射损失,节能效果好,同时保证了炉膛内良好的温度均匀性(±5℃ @ 2000℃)。

电极系统: 采用大截面、通水冷却的铜电极,与石墨发热体连接处采用特殊设计,有效减少接触电阻和发热,确保大电流稳定传输。

真空与气氛系统:

配备双级旋片式真空泵作为前级泵,可实现粗真空和低真空环境。

管路采用高密封性波纹管和金属密封法兰,真空阀件为气动高真空挡板阀,确保系统密封可靠。

配备进气阀、压力传感器和电磁放气阀,可精确控制炉内气氛压力和流量。

控制系统:

温控: 核心为进口多段程序PID控制器,触摸屏操作,界面友好。可设置、存储多条升温-保温-降温曲线,具备超温报警、断偶报警、水压报警等多重安全联锁功能。

电控: 主电路采用磁性调压器或可控硅调压模块,配合变压器,为发热体提供平稳的大电流低电压电源,减少对电网的冲击。

监控: 集成控制柜面板集中显示和操作所有功能,包括温度、真空度、水流、压力、电流电压等参数。

七、 易损件

石墨发热体: 长期高温使用会缓慢挥发和老化,是核心消耗件。

石墨隔热屏(毡): 高温下会有损耗,尤其在频繁急冷急热工况下,可能出现裂纹。

热电偶: 钨铼热电偶为贵金属,在高温下长期使用会漂移或损坏。

密封圈: 炉门和观察窗处的硅橡胶或氟橡胶密封圈,高温下易老化,需定期更换。

观察窗玻璃: 石英玻璃在高温和热辐射下会逐渐失透。

八、 使用寿命

石墨热场(发热体+隔热屏): 在正常操作条件下(如缓慢升降温,保持良好真空或高纯气氛),使用寿命通常为 1-3 年,具体取决于使用频率和最高工作温度。

设备整体: 主体机械和控制系统设计寿命超过10年。

九、 售后与质保

质保期: 整机质保期为12个月(自设备验收合格之日起计算)。

质保范围: 质保期内,因设备设计、制造、材料缺陷导致的故障,供方提供免费维修或更换部件。易损件(见第七条)不在标准质保范围内。

技术支持: 提供终身有偿技术支持,远程协助解决操作和软件问题。

维修服务: 接到报修通知后,2小时内响应,48小时内提供解决方案。如需现场服务,根据地理位置安排工程师尽快抵达。

十、 包装与运输

包装方式:

主体炉体: 采用高强度木质底座和木质框架箱,内部用泡沫和塑料薄膜做防潮防震处理。

控制柜: 独立木质板箱包装,内部元件固定牢固。

小件/备件: 独立纸箱包装,并统一放入大木箱中。

石墨热场等精密易碎件: 采用定制泡沫模具固定,单独包装,并有醒目“易碎”标识。

运输: 采用汽运专线物流或货运,确保设备安全抵达。设备送达后,需双方共同验货,确认外观无损后再签收。

十一、 使用注意事项(含加热元件)

环境要求:

设备必须安装在通风良好、干燥、无粉尘、无腐蚀性气体的室内。

周围留有足够空间(建议>0.8米)用于散热和维护。

地基平整坚固,无震动。

公用设施:

冷却水: 必须使用清洁的循环冷却水系统(建议配备冷水机),水压、流量需达到要求。定期检查水路,防止堵塞或漏水。严禁在无冷却水或水压不足时开机加热!

电源: 必须确保电源电压、容量和相数符合要求,并可靠接地。

气源: 保护气体纯度建议≥99.999%(用于高温),气瓶需配备减压阀。

加热元件专项注意事项:

防氧化: 石墨在空气中超过400℃会开始氧化烧蚀。因此,在任何加热操作前,必须确保炉内真空度优于10Pa或已充入足量的惰性保护气体并反复洗炉。 降温时也需持续通入保护气直至温度降至安全范围(<600℃)以下。

热冲击: 避免过快升温和降温,巨大的热应力会严重缩短石墨发热体和隔热屏的寿命。请严格遵守设备手册推荐的升降温速率。

洁净度: 严禁将油污、水分、金属碎屑等污染物带入炉内,它们会与石墨发生反应或造成污染。

样品放置: 样品需放置在合适的坩埚内,确保不与石墨发热体直接接触,防止在高温下发生化学反应或粘连。

操作安全:

操作人员必须经过培训,熟悉手册后方可操作。

加热过程中及刚结束运行时,炉体表面温度很高,严禁触摸,以防烫伤。

定期检查电气连接部分是否有松动或过热迹象。

设备运行时,必须有人员定时巡视。