heater

石墨炉（graphiteheater）

石墨炉又称电加热石墨炉。是一个石墨电阻加热器，是原子吸收分光

光度计用无焰原子化器的一种。石墨炉的核心部件是一个石墨管，试样用

微量进样孔注入石墨管内，经管两端的电极向石墨管供电，最高温度可达

3000℃，试样在石墨管中原子化。

一、原理：是将样品用进样器定量注入到石墨管中，并以石墨管作为

电阻发热体，通电后迅速升温，使试样达到原子化的目的。它由加热电源、

保护气控制系统和石墨管状炉组成。外电源加于石墨管两端，供给原子化

器能量，电流通过石墨管产生高达3000℃的温度，使置于石墨管中被测元

素变为基态原子蒸气。

二、适用范围

三、优点：

1、坩埚材料来源丰富，价格便宜，易于加工成各种形状，生长设备较

简单，建立起来比较容易，

2、更主要的是它适用于某些生长大尺寸高熔点晶体的生长工艺，如垂

直梯度结晶法，热交换法等。这是感应加热难以取代的。（与感应加热相

比较）

3、结构简单一次投资少、升温速度快，工作温度高，占地面积小维修

方便。

4、由于原子化效率高，石墨炉法的相对灵敏度可达10-9-10-12g/ml，

最适合痕量分析。

四、缺点：

1、石墨的污染：用石墨电阻加热，石墨的污染有两个方面，一个是它

所造成的还原性气氛，使某些氧化物晶体在这种气氛下生长时，由于缺氧

而形成氧缺位产生色心，另一个是它本身的挥发对熔体、坩埚或保护材料

的侵蚀。石墨作为一种杂质进入熔体中，在晶体生长时被捕获而形成散射

颗粒。在梯度法生长工艺中，由于坩埚口用钼片盖住，石墨对熔体的污染

要少，再加上晶体是从坩埚底部潮汕在熔体下面由下而上生长，没有机械

震动和熔体激烈流动的干扰，温度波动对它的影响也较小。可以在相对稳

定的状态下生长，从而获得没有散射颗粒的高质量的晶体。对于生长熔质

分凝系数K<1的晶体，可通过调节发热体结构使其具有线性的温度梯度，

并以极其缓慢的降温速率，克服组分过冷的问题。

石墨对坩埚和保温材料的污染，在静态温梯法（垂直梯度凝固法）生

长工艺中更显得突出。

2、生长气氛：

在石墨加热生长晶体的工艺中，发热体本身以及坩埚和保温材料（钨

钼）都很容易氧化，必须在真空中或者在惰性气体的保护下使用。实际上

在高温和一定的电压下，惰性气体会电离。电离活化的气体会与熔体或钨

钼材料起反应而污染熔体，使长出的晶体中产生包裹物，也可以使坩埚或

保温罩和发热体之间打火。轻者将引起温度波动，重则工艺元件被击穿。

3、水汽的影响

H2O和C在高温下也会起反应而侵蚀发热体。所以水汽对石墨加热工艺来说

危害性非常大，它主要来源于发热体，原料或炉壁上吸附的水分，在加热时释放

出来。因此，要充分干燥。

4、与感应炉相比

与感应加热法相比，它是还原性气氛，用于生长某些氧化物晶而会产

生氧缺位而形成色心，某此试剂在还原性气氛中易于挥发，因此不适宜用

此方法。石墨的污染和保护气氛的电离也给这些工世方法带来一些问题。

某些晶体需要在还原性气氛下生长，这就显示出这一工艺方法的长处。

感应炉（inductionheater）

一、原理

感应加热炉是一种将工频50HZ交流电转变为中频（300HZ以上至1000HZ）

的电源装置，把三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的

中频电流，供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流，在感应圈中产生高密

度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。

这种涡流同样具有中频电流的一些性质，即，金属自身的自由电子在有电阻的金

属体里流动要产生热量。

高频的高频大电流流向被绕制成环状或其它形状的加热线圈（通常是用紫铜

管制作）。由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将金属等被加热物体放置

在线圈内，磁束就会贯通整个被加热物体，在被加热物体的内部与加热电流相反

的方向，便会产生相对应的很大涡电流。由于被加热物体内存在着电阻，所以会

产生很多的焦耳热，使物体自身的温度迅速上升。达到对所有金属材料加热的目

的。

二、应用范围

感应加热多数用于工业金属零件表面淬火、金属熔炼、棒料透热、刀具焊接

等多个领域，是使工件内部产生一定的感应电流，形成涡流，迅速加热零件表面，

达到表面迅速加热，甚至透热融化的效果

真空感应炉是冶炼镍基高温合金和物种合金材料的重要设备，在航空，航天，

军工，核电，能源，化工等领域的材料生产中起着重要作用。这些材料大部分都

必须经过真空感应初次冶炼，浇注成电极，然后再经过电渣炉或真空电孤炉重熔

成锭子，再锻轧成材。

部门主要用途

冶金

黑色、有色金属及其合金的熔炼和保温

区熔和悬浮熔炼提纯材料

型材压力加工前的加热

管材生产的感应焊接

机械制造黑色和有色金属零件的铸造和精密铸造金属的熔炼

机器零件的淬火，回火，退火和正火等处理加热

压力加热前的透热，如精锻、热轧等

钎焊

对焊

硬质合金的熔焊

化学热处理感应加热

金属涂层的烘干

热装配

轻工合成纤维生产中的间接加热

化工化学反应罐等容器和管路的加热

电子电子管生产中的真空处理时加热

三、优点

1、加热速度快：由于中频感应加热的原理为电磁感应，其热量在工件内自

身产生，普通工人用中频电炉上班后十分钟即可进行锻造任务的连续工作，不需

烧炉专业工人提前进行烧炉和封炉工作。

2、氧化脱炭少，节省材料与锻模成本：由于该加热方式升温速度快，所以

氧化极少，中频加热锻件的氧化烧损仅为0.5%，煤气炉加热的氧化烧损为2%，

燃煤炉达到3%，中频加热工艺节材，每吨锻件和烧煤炉相比至少节约钢材原材

料20-50千克。

3、感应加热具有热效率高，无污染，无明火的特点

4、加热均匀，芯表温差极小，温控精度高：感应加热其热量在工件

内自身产生所以加热均匀，芯表温差极小。应用温控系统可实现对温度的

精确控制提高产品质量和合格率。

感应加热炉具有体积小，重量轻、效率高、热加工质量优及有利环境等

优点正迅速淘汰燃煤炉、燃气炉、燃油炉及普通电阻炉，是新一代的金属

加热设备。

四、缺点

1、设备复杂，价格昂贵，投资大

2、维修不方便，冶炼费用高，成本比较高

3、冶炼过程中坩埚耐火材料污染样品

4、生产批量小，检验工作量较大。

五、分类

按照使用电源的频率不同，它又可分为工频，中频和高频感应加热设备。

1、工频感应加热设备：感应器的电源频率与电网的交流电频率一样，均为50HZ，

加热深度可达10mm以上，其特点是可直接从工业电网吸取能量。

优点：设备简单，造价低廉

缺点：功率因数低，需要大容量电容器补偿。

2、中频感应加热设备：它也有一套将50HZ电能变为中频（500~8000HZ）电能的

装置，加热深度在5mm左右

缺点：也存在功率因数过低的缺点

3、高频感应加热设备：它也有一套将50HZ电能变为高频（70~1000KHZ）电能的

装置，（通常为电子管式高频振荡器）加热深度一般在3mm以下。

目前，在机械工业以及其它工业部门中，高频感应加热设备的应用是比较普遍的，

它有以下一些优点

（1）热效率高，加热速度快

（2）加热过程稳定，质量均匀，可以实现机械化生产并向自动化方向发展，提

高生产效率

（3）由于加热速度极高，避免了工件表面的氧化，脱碳等现象，因此工件质量

优良

（4）不仅可以用于工件的表面热处理，而且还可以用于一定尺寸范围内工件的

穿透加热与化学处理

（5）设备紧凑，占地面积小，操作使用方便。

高频感应加热也有不足之处，造价高，要求专业化程度高的淬火机床，对不同尺

寸，形状的工件要求有相应的感应器，操作使用和维护比一般加热装置要复杂得

多，因此，要求操作人员有较高的技术水平。

4、超音频感应加热设备

它的工作原理与高频感应加热设备相同，只不过，超音频振荡器的频率比高频振

荡器的要低，频率范围一般在30~60KHZ。

主要特点：

（1）由于高频感应加热设备与超音频感应加热设备容易通过闸刀开关进行转

换，所以容易实现

“一机双频”。进行多种热处理时，非常有利，即扩大了功能，又节省了

投资。

（2）应用超音频感应加热设备解决了大量重要零件长期存在的质量问题，避免

了高频及中频淬火不均匀之缺陷。

（3）由于采用单回路振荡器，因而输出效率高，较之三回路高频振荡器来说结

构简单，使用维修方便

（4）由于振荡频率低，可获得比高频深的加热深度，一般轴类可达3~5mm

微波炉（microwaveheater）

一、原理

微波的定义：微波是频率在300MH~300GHZ的电磁波（波长100cm~1mm）是

分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，

通常也称为“超高频电磁波”。

一般在能加工领域中，所处理的材料大多是介质材料，而介质材料通

常都不同程度地吸收微波能，介质材料与微波电磁场相互耦合，会形成各

种功率耗散从而达到能量转化的目的。能量转化的方式有许多种，如离子

传导、偶极子转动、界面极化、磁滞、压电现象、电致伸缩、核磁共振、

铁磁共振等。

其中离子传导及偶极子转动是微波加热的主要原理。微波加热是一种

依靠物体吸收微波能将其转换成热能，使自身整体同时升温的加热方式而

完全区别于其他常规加热方式。

二、应用范围

由于微波加热技术具有许多常规加热技术所不具备的优点,国外从20

世纪60年代起就将微波加热技术应用于许多行业.我国从20世纪70年

代开始研究并应用微波加热技术,目前它已被广泛应用于纺织与印染、造纸

与印刷、烟草、药物和药材、木材、皮革、陶瓷、煤炭、橡胶、化纤、化

工产品、医疗等行业.其应用主要反映在微波加热与解冻,微波改性,微波

干燥,微波灭菌与杀虫等方面.

三、优点

（1）加热速度快，微波加热是使被加热物本身成为发热体，称之为内

部加热方式，不需要热传导的过程，内外同时加热，因此能在短

时间内达到加热效果

（2）加热均匀，微波加热时，物体各部位通常都能均匀渗透电磁波，

产生热量，此均匀性大大改善

（3）节能高效，在微波加热中，微波能只能被加热物体吸收而生热，

加热室内的空气与相应的容器都不会发热，所以热效率极高，生

产环境也明显改善。

（4）易于控制，微波加热的热惯性极小，或配用微机控制，则特别适

宜于加热过程和加热工艺的自动化控制

（5）选择性加热。微波对不同性质的物料有不同的作用

四、缺点

在碳化炉的设计中体现了微波加热的很多缺点。

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）