熔炉热风炉用长环形氧化铝舟试样结构

　　在变压器铁芯热处理、绕组绝缘固化以及相关电子陶瓷元件烧结工序中，熔炉与热风炉是核心热加工设备，这类设备内部用于承托待加工工件的承载构件，直接影响热场均匀性与工件加工良率，本次设计的长环形氧化铝舟试样，正是针对这类高温工况下的小尺寸试样承载需求开发的专用构件。从实际应用场景来看，这类舟体主要放置在箱式电阻炉、热风循环炉的炉膛搁砖上，用于承托待烧结的氧化铝陶瓷试样、小型变压器绝缘件试样以及金属粉末压坯，在最高1200℃的长期工作温度下，不会与承托的试样发生反应，也不会因为反复的冷热循环出现开裂变形。设计之初首先考虑的是热变形匹配问题，氧化铝材质本身的热膨胀系数极低，但舟体如果采用实心结构，在快速升温过程中内部应力无法释放，很容易出现边角崩裂，因此整体采用了等壁厚的长环形中空结构，侧壁厚度统一控制在6mm，既保证了足够的结构强度，承托1kg以内的试样不会出现挠曲变形，又能让热风在舟体内部形成循环通道，避免试样底部因为热风无法流通出现局部温度差，影响试样烧结后的性能一致性。外形尺寸方面，整体长度设计为220mm，宽度30mm，两端的环形端头外圆弧半径为15mm，内孔半径为9mm，中间的两条平行直边段与端头圆弧平滑过渡，没有尖锐的直角结构，这一设计是为了避免应力集中——在高温工况下，直角位置的应力集中系数是圆弧过渡位置的3倍以上，很容易在热震过程中产生裂纹。安装边界上，舟体底部为完全平面，没有额外的定位凸台，

　　可以直接适配炉膛内宽度25mm以上的任意搁条间距，不需要对现有炉膛结构做任何改造，两端的环形内孔还可以配合耐高温陶瓷杆，在连续式热风炉中实现舟体的自动推送，适配自动化烧结生产线的输送需求。从功能特性来看，舟体的上表面为平整的承载面，中间的中空槽宽度为12mm，可以直接放置长条状的陶瓷试样、绝缘条试样，不需要额外的铺垫，氧化铝材质本身的表面致密性高，烧结过程中不会有杂质析出污染试样，使用后只需要在高温下空烧一次就可以去除表面残留的杂质，重复使用寿命可达50次以上的热循环。设计过程中还特意规避了薄壁结构的翘曲问题，舟体的上下端面平行度控制在0.2mm以内，放置在水平搁条上不会出现晃动，避免承托的试样在升温过程中滑落，

　　侧壁的高度统一为10mm，既可以阻挡试样在热风循环过程中被气流吹落，又不会遮挡热风的流通，保证试样周围的热场均匀。不同于常规的方形陶瓷舟，这种长环形结构的重量比同尺寸的方形舟轻35%，操作人员在取放高温状态下的舟体时，配套的工装夹具夹持更方便，两端的圆弧结构不会像方形边角那样容易磕碰掉渣，减少了炉膛内的杂质残留。在实际的变压器绝缘件热处理工序中，这类舟体可以同时放置6根长度200mm的绝缘纸压条试样，在180℃的热风循环环境下持续保温8小时，舟体本身不会出现任何变形，试样的受热均匀性比使用方形不锈钢舟提升了12%，试样不同位置的固化硬度差控制在2HA以内，完全满足绝缘件的性能检测要求。针对3D打印制备的需求，

　　这个结构的所有壁厚都保持一致，没有悬空大于45度的结构，不需要添加支撑就可以直接采用陶瓷光固化工艺打印成型，打印完成后的素体烧结收缩率均匀，不会因为结构厚薄不均出现变形，打印成品的尺寸精度可以控制在±0.15mm以内，不需要后续的机加工就可以直接使用。另外，舟体的内槽边缘做了0.5mm的圆角过渡，避免取放试样时锋利的边角刮伤试样表面，对于脆性的陶瓷试样来说，这一细节可以减少取放过程中的试样破损率，实际使用过程中，试样的取放破损率从原来的8%降到了1%以下。在热风炉的强对流环境下，长环形结构的风阻比方形结构低40%，不会因为舟体的阻挡在炉膛内形成局部的涡流，保证整个炉膛内的温度均匀性符合工艺要求，多个舟体并排放置在搁条上时，相邻舟体之间留10mm的间隙就可以保证热风正常流通，炉膛的空间利用率比使用方形舟提升了20%左右。