滑动式管式炉

试环-试块滑动磨损试验方法是材料类评定摩擦磨损性能的试验方法，金属材料参考国标《GB/T 12444-2006 金属材料磨损试验方法 试环-试块滑动磨损试验》，塑料及塑料基复合材料参考国标《GB/T 3960-89 塑料滑动摩擦磨损试验方法》。　　国标GB/T 12444-2006 试验结果处理时指出：“在块试样磨痕中部及两端（距试样边缘1mm处）测量磨痕宽度，取3次测量平均值作为一个试验数据，标准尺寸试样三个位置的磨痕宽度之差大于平均宽度值20%时，试验数据无效”。国标GB/T 3960-89也同样明确指出：“本标准以磨痕宽度来表征磨损量。测量三点，取平均值，各点之差不得大于1mm。”换句话说，就是试环-试块滑动磨损试验方法试验结束，试块的整体磨痕宽度须在标准规定的范围之内，否则试验无效。可见，试验结束后磨痕的状态直接表征试验的有效性。　　同时，若试验结束后的磨痕状态不规则，也同样会在一定程度上影响磨损量的结果，摩擦系数也必然会受到一定程度的影响。虽然，标准GB/T 12444-2006有说明：“由于试块在磨损中受材料转移、氧化膜行程、润滑剂渗透等影响，试块的磨损量一般不用质量损失计算。”但是，对部分材料来说，在一定条件下做磨损对比性试验，还是有一定的参考意义。那么磨痕的不规则性是怎样造成的，又与哪些方面的因素有关系？　　如下图，为在济南益华摩擦学测试技术有限公司生产的设备MRH-3型 高速环块摩擦磨损试验机上作的一组比照试验。照片为试验结束后的磨痕状态。观察照片可知，图2接近于标准磨痕状态，整体宽度、状态相对比较均匀、规则，而图1磨痕形状为梯形偏离标准要求的磨痕状态，更有严重偏离标准要求的结果接近于三角形。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607050952_599222_3080793_3.jpg http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607050952_599224_3080793_3.jpg 图1 图2　　在这里济南益华摩擦学测试技术研究所经多年客户委托试验经验作简要分析。　　第一，国标GB/T 12444-2006、GB/T3960-89中，都明确规定了试验用试样尺寸及精度。一旦试样尺寸加工不合格，如摩擦表面处理不一致、不平整、试块表面不平行、试环内孔及表面精度达不到要求等都易导致如图1的试验结果，更甚是角度更大的梯形磨痕，严重影响试验结果评价。　　第二，卡具加工精度。单单试样的精度达到要求，若块试样卡具槽不平行或主轴精度等达不到要求，与试块、试环配合不好，也同样会直接影响试验结果磨痕的规范性。　　第三，设备精度。除了试样、卡具的加工精度，磨痕的规范性与设备的精度也是密不可分的。设备精度不达标，如试验相关机械部件整体装配精度、本身的精度（比如弹簧加载系统的精度、试样装卡系统精度等）皆直接影响着磨痕的规范性。　　第四，人员操作因素。比如设备本身加载系统中，加载过程中试样块部分是可以自动校正试块与试环接触位置角度的，若操作人员采用的试验力值较大时，试验前直接将试验力加载至设定值，然后再启动试验，这样不仅容易造成磨痕的不规范性，更容易导致试验无法正常进行，可能在试验进行一定时间后由于摩擦力大或振动大致试验停止。　　除此之外，磨痕的规范与否与材料本身也有直接的关系。如果试样块或试环接触面内部组织分布不均匀，造成摩擦接触位置相对一边硬一边软或是一边自润滑效果好一边自润滑效果不好等类似现象，也极易导致磨痕的不规范。　　针对国标GB/T 12444-2006、GB/T 3960-89来说，磨痕的不规范直接导致试验的无效。只有正确认识到影响磨痕的试验因素，正确改进并使设备精度、试样加工精度皆达到标准及行业要求，提高自身测试技术水平，才能更好的提高试验的有效性，得出更有意义的研究结论，对材料作出更可靠的评价。

[color=#ff0000]摘要：本文介绍了根据客户要求对CVD管式炉真空控制系统进行升级改造的过程，分析了客户用CVD管式炉真空控制系统中存在的问题，这些问题在目前国产CVD和PECVD管式炉中普遍存在。本文还详细介绍了改造后的真空压力控制系统的工作原理、结构和相关部件参数等详细内容，改造后的真空压力控制精度得到大幅度提高。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#ff0000]一、背景介绍[/color][/size]客户订购了一台CVD管式炉以进行小尺寸材料的制作，CVD管式炉及其结构如图1所示。在使用中客户发现这台管式炉在CVD工艺过程中无法保证材料的质量和重复性，材料性能波动性较大，分析原因是真空压力控制不准确且不稳定。为解决此问题，客户提出对此CVD管式炉的真空控制系统进行升级改造。[align=center][img=CVD和PECVD管式炉真空控制系统,690,370]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206281659560038_5783_3384_3.png!w690x370.jpg[/img][/align][align=center]图1 用户购置的CVD管式炉及其结构内容[/align]我们通过分析图1所示CVD管式炉的整体结构，发现造成真空压力控制效果较差的原因，主要是此管式炉的真空控制系统存在以下几方面的严重问题，而这些问题在目前国产CVD和PECVD管式炉中普遍存在。（1）真空计选择不合理：对于绝大多数的CVD和PECVD管式炉，其真空度的控制范围一般都为1Pa~0.1MPa（绝对压力），并要求实现真空度精确控制。而在客户所购置的CVD管式炉（包括其他品牌产品）中，为了节省造价，管式炉厂家配备了皮拉尼计和皮拉尼+电容真空计，但这种组合式电容真空计在10kPa~95kPa范围内的精度只有±5%，0.1Pa~10kPa范围内的精度则变为±15%，比单纯的薄膜电容真空计的全量程±0.25%精度相差太大。合理的选择是使用单纯的薄膜电容真空计，而且须配置2只真空计才能覆盖整个真空度范围的测量和控制。（2）控制方法错误：对于1Pa~0.1MPa（绝对压力）范围内的真空度控制，需要分别采用上游和下游控制模式进行控制才能达到很好的控制精度。例如，在1Pa~1kPa范围内采用上游控制模式，即固定真空泵抽速而只调节上游进气流量；在1kPa~0.1MPa范围内采用下游控制模式，即固定上游进气流量而只调节下游的排气流量。客户所采用的CVD管式炉则仅采用了调节进气流量的上游控制模式，势必会造成1kPa~0.1MPa范围内的真空度控制波动性很大，同时造成工作气体的极大浪费。（3）多种比例混合气体控制结构错误：在CVD工艺中，反应气体为按比例配置的多种工作气体混合物。尽管CVD管式炉中采用了4只气体质量流量计来配置工作气体，但质量流量计只能保证气体混合比的准确性而无法对真空度进行准确控制，除非是单一气体则可以通过一个质量流量计来调节进气流量来实现真空度控制。综上所述，客户所购置的CVD管式炉存在一些严重影响真空度控制精度的问题，文本将详细介绍解决这些问题的具体方法和升级改造详细内容。改造后的真空度控制系统可在全量程范围内控制精度优于±1%。[size=18px][color=#ff0000]二、升级改造技术指标[/color][/size]对客户的CVD管式炉的真空控制系统进行升级改造，需要达到的技术指标如下：（1）真空度控制范围：1Pa~0.1MPa（绝对压力）。（2）真空度控制精度：±1%（全量程范围）。（3）控制形式：定点控制和曲线控制。（4）输入形式：编程或手动。（5）PID参数：自整定。[size=18px][color=#ff0000]三、升级改造技术方案[/color][/size]针对客户的4通道进气CVD管式炉，为实现真空控制系统的上述技术指标，所采用的技术方案如图2所示。[align=center][img=CVD和PECVD管式炉真空控制系统,690,360]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206281700285160_4408_3384_3.png!w690x360.jpg[/img][/align][align=center]图2 CVD管式炉真空度控制系统结构示意图[/align]如图2所示，升级改造的技术方案主要在以下几方面进行了改动：（1）还保留了皮拉尼真空计以对真空度进行粗略的测量，更主要的是采用皮拉尼计可以覆盖0.001Pa~1Pa的超高真空监控。但在1Pa~0.1MPa真空度范围内，增加了两只薄膜电容真空计分别覆盖1Pa~1kPa和10kPa~0.1MPa，以提高CVD工艺过程中的真空度测量精度。（2）对于1Pa~0.1MPa（绝对压力）范围内的真空度控制，分别采用上游和下游控制模式进行控制以实现更高的控制精度。例如，在1Pa~1kPa范围内采用上游控制模式，即固定真空泵抽速而只调节上游进气流量；在1kPa~0.1MPa范围内采用下游控制模式，即固定上游进气流量而只调节下游的排气流量。（3）对于多种比例混合工作气体的CVD工艺，继续保留4路气体质量流量控制器以实现比例准确的工作气体混合，但精密混合后的气体进入一个缓冲罐。缓冲罐内气体进入CVD管式炉的流量通过一个电动针阀进行调节，由此既能保证工作气体的准确混合比，又能实现上游进气流量的精密调节。（4）为实现下游控制模式，在CVD管式炉的排气口处增加一个电动针阀，此电动针阀的作用是调节排气流量。下游控制模式在CVD工艺中非常重要，这种模式可以保证1kPa~0.1MPa范围内真空度的精确控制。如果在1kPa~0.1MPa范围内采用上游控制模式，一方面是真空度控制波动太大，另一方面是会无效损耗大量工作气体。（5）真空度的控制精度，除了受到真空计测量精度和电动针阀调节精度的影响之外，还会受到PID控制精度的严重制约。为此，技术方案中选用了24位AD和16位DA的高精度PID控制器，且具有定点和可编程控制功能，同时PID参数可进行自整定以便于准确确定控制参数。（6）由于采用了两只高精度的电容真空计测量整个量程范围的真空度，在实际真空度控制过程中，就需要根据不同量程选择对应的电容真空计并进行真空度控制。由此，这就要求PID控制器需要具备两只真空计之间的自动切换功能。（7）在CVD和PECVD管式炉真空度控制系统升级改造方案中，使用了上下游两种控制模式，这就要求PID控制器同时具备正向和反向操作功能，也可以采用2通道可同时工作的PID控制器，一个通道对应一个电动针阀。[size=18px][color=#ff0000]四、总结[/color][/size]针对客户的4通道进气CVD管式炉存在的CVD工艺中真空度控制严重不稳定的问题，分析了造成真空度控制不稳定的主要原因是真空计测量精度不够、控制方法不正确、多种工作气体混合结构不正确。为解决上述问题，本文提出了相应的升级改造技术方案，更换了精度更高的薄膜电容真空计，采用了控制精度更高的上下游控制方法，在多种气体混合管路上增加了缓存罐，并使用了调节和控制精度较高的电动针阀和2通道PID控制器。升级改造后的真空控制系统，可在全量程的真空度范围（1Pa~0.1MPa）内实现±1%的控制精度和稳定性。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[align=center][font=宋体][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]切换阀基础[/font][font=宋体]——六通阀[/font][/font][/align][align=center][font=宋体]概述[/font][/align][font=宋体][font=宋体]六通阀一般用于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]气体或者高压液体样品的进样，与气密性注射器进样方式相比，六通阀进样的重复性更好，操作简易，样品进样速度快、死体积小，与电气部件联动易于实现自动化。六通阀也可以用于复杂分析[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]系统中的色谱柱切换阀或者反吹[/font][font=宋体]/旁路控制。[/font][/font][font=宋体]下文简单叙述六通阀的工作原理与常见种类。[/font][align=center][font=宋体]简介[/font][/align][font=宋体][font=宋体]常见的六通阀由带有孔道的定子、带有刻槽的转子、确定体积的定量环和连接管路组成，一般用于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]的气体样品或者高压液体样品进样，如图[/font][font=宋体]1所示。[/font][/font][align=center][img=,378,154]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307132244183696_6101_1604036_3.jpg!w690x282.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=宋体]1 六通阀用于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]进样[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]在进样过程中，六通阀工作于取样和进样两个状态下，如图[/font][font=宋体]2所示。六通阀的端口4载气，端口5连接色谱柱，端口1、2连接样品气体，端口3、6连接定量环。[/font][/font][align=center][img=,378,178]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307132244266647_2872_1604036_3.jpg!w567x268.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]2 [/font][font=宋体]六通阀的工作状态[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]在取样（[/font][font=宋体]Load）状态下，样品由样品入口引入六通阀端口1，依次流过端口6、定量环（Sample Loop）、端口3、端口2，最后放空。在此期间，样品被装载于定量环中。取样完成后，六通阀转子旋转60°，六通阀处于进样状态。载气由端口4引入，流经端口3、定量环、端口6、端口5，载气此时携带样品进入色谱柱，完成进样。[/font][/font][font=宋体]某些型号的六通阀，在样品的输入输出管路中安装有开关阀或者背压阀，可以保证每次进样时定量环内压力的相同，用以改善进样重复性。[/font][align=center][font=宋体]六通阀的种类[/font][/align][font=宋体]根据阀芯或转子的运行方式不同，六通阀可以分成滑动式、旋转式和膜片式。阀芯或者转子往复滑动实现阀状态切换的为滑动式六通阀，阀芯或者转载以旋转方式实现切换的为旋转式六通阀。[/font][font=宋体][font=宋体]滑动式六通阀的常见结构如图[/font][font=宋体]3、图4所示[/font][/font][align=center][img=,302,210]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307132244336641_1527_1604036_3.jpg!w690x479.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]3 [/font][font=宋体]滑动式六通阀 结构[/font][font=Calibri]1[/font][/font][/align][align=center][img=,305,189]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307132244433634_2198_1604036_3.jpg!w627x388.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]4 [/font][font=宋体]滑动式六通阀 结构[/font][font=Calibri]2[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]旋转式六通阀常见的转子一般为平面式或者圆台式，如图[/font][font=宋体]5-图7所示。[/font][/font][align=center][img=,327,302]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307132244523638_3095_1604036_3.jpg!w491x454.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]5 [/font][font=宋体]平面转子（环形沟槽）[/font][/font][/align][align=center][img=,306,127]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307132245092140_7163_1604036_3.jpg!w690x286.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]6 [/font][font=宋体]直线型沟槽[/font][/font][/align][align=center][img=,302,180]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307132245180373_5908_1604036_3.jpg!w454x271.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]7 [/font][font=宋体]圆台式转子[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]膜片式六通阀的结构如图[/font][font=Calibri]8[/font][font=宋体]所示，当端口[/font][font=Calibri]A[/font][font=宋体]通入压缩空气时，为阀取样状态，[/font][font=Calibri]A[/font][font=宋体]通道对应的膜片向上凸起，端口[/font][font=Calibri]1-2[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]3-4[/font][font=宋体]、[/font][font=Calibri]5-6[/font][font=宋体]导通。当单口[/font][font=Calibri]B[/font][font=宋体]通入压缩空气时端口导通状态相反。通过膜片的移动，实现阀状态切换。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=Calibri] [/font][align=center][img=,225,123]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307132245252637_3617_1604036_3.jpg!w338x185.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]8 [/font][font=宋体]膜片阀结构[/font][/font][/align][align=center][font=宋体]六通阀的其他典型应用[/font][/align][font=宋体][font=Calibri]1 [/font][font=宋体]六通阀反吹[/font][/font][font=宋体][font=宋体]如图[/font][font=Calibri]9[/font][font=宋体]所示，六通阀连接两路气源、预切柱[/font][font=Calibri]C[/font][font=宋体]、色谱柱[/font][font=Calibri]C1[/font][font=宋体]和[/font][font=Calibri]R[/font][font=宋体]。样品进入预切柱[/font][font=Calibri]C[/font][font=宋体]中被预分离为两部分，当保留较弱部分流出[/font][font=Calibri]C1[/font][font=宋体]后，六通阀转子旋转[/font][font=Calibri]60[/font][font=宋体]°，预切柱中载气反向运行，将保留较强组分反吹出色谱柱放空——也可以在[/font][font=Calibri]R[/font][font=宋体]的后端连接其他检测器，分离检测反吹后组分。[/font][/font][align=center][img=,279,130]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307132245326830_8910_1604036_3.jpg!w690x322.jpg[/img][font=宋体] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]9 [/font][font=宋体]六通阀反吹[/font][/font][/align][font=宋体][font=Calibri]2 [/font][font=宋体]色谱柱选择[/font][/font][font=宋体][font=宋体]如图[/font][font=Calibri]10[/font][font=宋体]所示，通过六通阀转子的旋转，将不同的色谱柱切换入分析流路当中。[/font][/font][align=center][img=,233,166]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307132245398944_2982_1604036_3.jpg!w350x249.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]10 [/font][font=宋体]色谱图选择[/font][/font][/align][font=Calibri] [/font][font=宋体][font=Calibri]3 [/font][font=宋体]旁路[/font][/font][align=center][img=,325,172]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307132245458895_6993_1604036_3.jpg!w690x365.jpg[/img][font=Calibri] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Calibri]11 [/font][font=宋体]旁路（六通阀用作四通阀）[/font][/font][/align][align=center][font=Calibri] [/font][/align][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体]简单叙述六通阀的基本结构和分类，以及六通阀的其他典型应用。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=Calibri] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=Calibri] [/font]