ВАКУУМНАЯ ДЕГАЗАЦИЯ
Дегазация в вакууме позволяет эффективно удалять пузырьки газа, взвешенные в жидких материалах, а также растворенный в этих материалах газ. Вакуумная дегазация широко применяется в различных областях человеческой деятельности: от создания произведений искусства до изготовления ответственных деталей сложной техники, – всюду, где используется технология изготовления изделий методом литья.
При литье на воздухе заливаемый в форму жидкий материал неизбежно захватывает пузырьки газа. А в некоторых материалах газы растворяются в достаточно большом количестве и впоследствии могут выделяться, нарушая структуру материала. Представьте, хороша ли будет копия статуи, скажем, Венеры, с пузырем или каверной на видном месте?
Чтобы подобного не случилось, ответственные детали или произведения искусства отливают в вакууме. Для этого применяют специальные вакуумные камеры.
Заливаемый материал (металл, стекло, полиуретаны, силиконы и др.) помещают в вакуум, расплавляют (если это предусмотрено технологией), затем выдерживают некоторое время, чтобы удалить газовые пузыри и, частично, растворенные газы, и только потом заливают в формы.
Почему же газы покидают жидкость в вакууме эффективнее, чем при атмосферном давлении? Что их заставляет?
Сила Архимеда.
Как известно, на любое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, численно равная весу объёма жидкости или газа, вытесненного телом (закон Архимеда). Не исключение и газовые пузыри, которые могут содержаться в материале. Газ в пузырях сжат атмосферным давлением, а также давлением слоя жидкости над этими пузырями. Поэтому при атмосферном давлении пузыри имеют, как правило, небольшой размер, и действующая на них выталкивающая сила невелика. Зачастую, этой силы бывает недостаточно, чтобы пузырь мог преодолеть сопротивление жидкости, обусловленное ее вязкостью, и быстро всплыть.
Поместим жидкость с пузырями в вакуумную камеру и откачаем из нее воздух. Давление в камере, а значит, и давление, действующее на пузыри, понизится. Однако, пузыри изолированы от объема вакуумной камеры толщей жидкости, и газ из них не откачивается. Тогда, согласно закону Бойля-Мариотта, (произведение давления определенного количества газа на его объем при постоянной температуре есть также величина постоянная), объем газа в пузыре должен увеличиться пропорционально снижению давления в вакуумной камере. Пузырь станет больше, действующая на него сила Архимеда также возрастет, и пузырь быстро всплывет на поверхность.
Зависимость растворимости газа в жидкости от давления газа.
Растворимость газов в жидкости зависит от давления: в общем случае, чем выше давление, тем больше газа растворяется в жидкости. В простых случаях эта зависимость выражается законом Генри – Дальтона, по которому концентрация газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью.
Соответственно, если давление газа понизится, то и его растворимость уменьшится. Растворенный при атмосферном давлении газ в вакууме будет выделяться из жидкости и откачиваться вакуумной системой. Или увеличит объем пузырей, «помогая» им всплывать.
Интересно, что при вакуумной дегазации расплавленного металла всплывающие пузырьки газа могут захватывать нерасплавившиеся инородные частицы, тем самым дополнительно очищая металл.
Где же используется метод вакуумной дегазации?
Вакуумная плавка и литье металлов в вакууме. Эта технология широко применяется для изготовления особо ответственных стальных деталей и изделий из легко окисляемых металлов и сплавов, а также для получения высокочистых материалов для атомной и полупроводниковой промышленности. А еще – для отливки скульптур, корпусов бытовой техники, приборов и часов, игрушек и моделей (например, «оловянных» солдатиков или моделей военной техники).
Промышленные печи вакуумной плавки могут иметь очень большие размеры, рассчитанные на выплавку десятков тонн металла за один вакуумный цикл плавки, а лабораторные печи предназначаются зачастую для получения нескольких десятков граммов очищенного от газа материала.
Плавка и литье производятся, как правило, в условиях среднего или высокого вакуума, в зависимости от вида изделий и требуемых характеристик переплавляемого материала. Для получения отливок внутри камеры размещают литьевые формы и механические устройства для розлива металла и подачи форм.
Для того, чтобы нагреть и расплавить материал, используются электрические резистивные нагреватели, индукционный нагрев или электрический дуговой разряд в вакууме. Вакуум предотвращает окисление металла при нагреве.
Откачные системы таких установок имеют, как правило, стандартную конструкцию из одного или нескольких форвакуумных и высоковакуумных насосов. В качестве высоковакуумных могут использоваться диффузионные насосы серий KN и KT компании EVP, турбомолекулярные насосы JFB от CBVAC, FF или CXF от KYKY, а форвакуумные насосы рекомендуем выбирать из серии TRP компании BWVAC, зарекомендовавшей себя как производитель надежных и качественных изделий.
В вакуумную магистраль обыкновенно встраивают фильтр или дефлектор для улавливания (отражения) капель металла, которые могут выплескиваться при розливе материала в формы, а также охладитель откачиваемых газов, — если плавка и литье ведутся при высокой температуре.
Дегазация полимеров. Этот процесс используется в различных отраслях: от косметической и медицинской промышленности и технического моделирования до изготовления скульптур и игрушек.
В процессе изготовления медицинские и косметические кремы, мази, гели многократно перемешиваются и переливаются. В результате в них попадают пузыри газа. Поэтому перед разливкой в тару эти субстанции походят дегазацию в вакууме. (Существуют, правда, косметические препараты с пузырьками внутри. Но и эти препараты сначала подвергают дегазации, удаляя из них неаккуратные пузыри разных размеров, а уж потом искусственно вводят пузырьки требуемой величины).
Технические макеты, мелкосерийные изделия, а также игрушки, сувениры и произведения искусства часто отливают из эпоксидных смол или двухкомпонентных полиуретанов, смешивая компоненты незадолго до заливки в формы. При смешивании в материал попадают пузыри воздуха, которые удаляют путем выдержки в вакууме.
Для подобных технологий высокий вакуум не требуется. Однако, эти материалы могут содержать влагу или летучие органические вещества. Поэтому для откачки используют форвакуумные насосы, способные работать с конденсирующимися газами, например, водокольцевые насосы EVP модельных рядов 2BV, 2BE, 2SK, DLV, винтовые насосы LG, LGB этого же производителя, или пластинчато-роторные насосы TRP, оснащенные клапаном газового балласта. Рекомендуется установить в вакуумную систему конденсатор-сепаратор, подключив его выше по потоку перед вакуумным насосом, чтобы в нем конденсировалась большая часть влаги и летучих компонентов.
Дегазация технических масел. Наличие газовых пузырьков и растворенных газов в некоторых технических маслах недопустимо. Например, газовые пузырьки в трансформаторном масле могут привести к электрическому пробою и выходу трансформатора из строя. Такие масла подвергают вакуумной дегазации.
Процесс дегазации масла проводится в низком или среднем вакууме. В этом случае для создания вакуума могут использоваться насосы с масляным уплотнением, например, одноступенчатые или двухступенчатые пластинчато-роторные насосы компании BWWAC модельных рядов SRP и TRP соответственно.
Дегазация продуктов питания. Вакуумную дегазацию могут проходить такие продукты питания, как соки, напитки, некоторые молочные продукты и др. При этом в атмосферу вакуумной камеры выделяется большое количество влаги, могут попадать пары фруктовых кислот и другие относительно агрессивные органические вещества. Поэтому для дегазации продуктов питания чаще всего используют водокольцевые насосы. Оборудование для дегазации пищевых продуктов обыкновенно изготавливается из нержавеющей стали и должно иметь гигиенический сертификат.
Компания Ист Вакуум будет рада поставить Вам необходимое оборудование для установок дегазации любого масштаба: от промышленных систем вакуумной плавки и литья до устройств, используемых в лабораториях, творческих мастерских и учебных классах.
Мы отобрали для Вас качественные вакуумные компоненты от наиболее надежных производителей из дружественных стран. В ассортименте высоковакуумные и форвакуумные насосы различных типов и производительности, необходимые вакуумные клапаны, затворы, фитинги, вводы электропитания и механических перемещений и другие компоненты вакуумных систем. Наиболее востребованные компоненты поддерживаются в наличии на складе в Санкт-Петербурге.
А наши инженеры готовы разработать и изготовить для Вас установку дегазации «под ключ», смонтировать и наладить оборудование, оказать техническую поддержку и провести обучение Ваших сотрудников.
