Qu’est-ce qu’un four à vide ?
Un four à vide est un four capable d’effectuer un traitement thermique sous vide.
Comme l’objet est chauffé sous vide à l’intérieur du four, la surface de l’objet peut être traitée sans être oxydée. La décarburation est évitée et l’éclat de l’acier inoxydable et d’autres matériaux peut être conservé après le traitement thermique.
La grande propreté de la surface permet également de traiter des joints propres de différents métaux. L’une des principales caractéristiques du procédé est la réduction de la distorsion grâce au processus de refroidissement progressif entre le chauffage et le refroidissement.
Cette méthode de traitement émet moins de dioxyde de carbone et réduit les variations de dimensions et de dureté. Dans certains cas, le traitement thermique est effectué dans un four à vide traversé par de l’azote gazeux.
Utilisations des fours à vide
Les fours à vide sont principalement utilisés pour le traitement des métaux et des semi-conducteurs. Voici quelques exemples d’utilisations des fours à vide :
- Trempe, revenu et frittage des métaux.
- Brasage d’évaporateurs, etc.
- Recuit.
Voici également des exemples de produits fabriqués dans des fours à vide :
- Aciers de qualité supérieure pour les outils en carbure.
- Matériaux pour produits électroniques tels que les aimants et les condensateurs.
- Pièces pour l’industrie automobile et les machines industrielles.
Les métaux présentant des exigences fonctionnelles particulières sont fabriqués dans des fours à vide. Les métaux traités dans les fours à vide se caractérisent par une grande luminosité, et l’oxydation de surface et les impuretés peuvent être réduites.
Bien que les fours à vide présentent de nombreux avantages, ils ont aussi l’inconvénient de coûter cher en termes d’entretien et d’installation initiale.
Principe des fours à vide
Les fours à vide utilisent une combinaison de pompes rotatives à huile et de pompes turbomoléculaires pour évacuer l’air à l’intérieur du four et maintenir un vide élevé. Le chauffage en l’absence d’oxygène dans un vide poussé empêche l’oxydation.
1. Matériau de la cuve
Les fours sont généralement fabriqués en acier inoxydable. Ils peuvent être chauffés à une température comprise entre 1 000 °C et 2 300 °C et sont chauffés par des résistances métalliques telles que le tungstène, le molybdène ou le carbure de silicium.
Il existe également des fours plus petits dans lesquels l’objet est chauffé dans un four tubulaire en alumine ou en verre de quartz. Le fil de kanthal est utilisé comme matériau de chauffage et peut être chauffé à des températures comprises entre 700 °C et 1 600 °C.
2. Méthode de refroidissement
Les méthodes de refroidissement comprennent le refroidissement naturel, le refroidissement au gaz et le refroidissement à l’huile. Pour les températures élevées, un refroidissement à l’eau avec un récipient à double couche est également utilisé. Les températures élevées sont mesurées à l’extérieur à l’aide d’un thermomètre à rayonnement.
Dans les fours à vide standard, le chauffage et le refroidissement sont effectués dans la même chambre, mais ces dernières années, des chambres séparées ont été introduites pour améliorer l’efficacité du travail.
Structure des fours à vide
Les fours à vide assurent le traitement thermique des pièces traitées par trois processus : le transport, le chauffage et le refroidissement. En fonction du type et de l’objectif des pièces traitées thermiquement, ils sont généralement classés en deux types de structure : à une chambre et à plusieurs chambres.
1. Fours à vide à une chambre
Dans les fours à vide à une chambre, la pièce est transportée et placée dans le four par l’opérateur, puis chauffée et refroidie dans une seule chambre. Comme les processus de chauffage et de refroidissement sont effectués dans la même chambre, le four doit résister à des différences de température rapides. Des composants en acier inoxydable et en carbone résistants à la chaleur sont utilisés pour l’élément chauffant et les composants structurels.
Grâce à leur structure simple, ils sont disponibles dans une large gamme de tailles, de la plus petite à la plus grande. Pour le refroidissement, le refroidissement naturel ou le refroidissement par gaz inerte avec de l’azote, etc., est utilisé pour éviter la contamination de l’intérieur du four et du produit traité thermiquement. La structure de sortie du gaz de refroidissement et le ventilateur d’agitation garantissent un refroidissement uniforme et sans contamination.
Ils conviennent donc au traitement de produits sensibles à la contamination ou à la déformation de la surface. En revanche, ils présentent l’inconvénient d’une faible productivité car le produit suivant à traiter thermiquement ne peut pas être chargé tant que le traitement précédent n’est pas terminé.
2. Fours à vide multichambres
Un four à vide multichambre est un four à vide dont la structure prévoit que les processus de transport, de chauffage et de refroidissement se déroulent dans deux chambres ou plus. Le chauffage et le refroidissement s’effectuent en principe automatiquement, selon les réglages, une fois que le produit est introduit dans la chambre de transfert. Il est possible de contrôler la température dans chaque zone ou de mettre en place plusieurs chambres de chauffage pour petits lots avec des temps de traitement échelonnés.
Les innovations susmentionnées peuvent améliorer la productivité, qui est une caractéristique de ce système. En faisant du refroidissement une chambre séparée, il est possible de sélectionner des réfrigérants liquides à forte capacité de refroidissement, tels que l’huile. Comme la chambre de refroidissement n’est pas chauffée, une capacité de refroidissement élevée peut être maintenue.
Même les matériaux métalliques à faible trempabilité et sensibles aux vitesses de refroidissement peuvent donner de bons résultats. En revanche, un nettoyage est nécessaire après le traitement thermique en raison de la contamination du matériau traité par le réfrigérant. Il existe également un risque de déformation et de fissuration en raison de la vitesse de refroidissement élevée.
Autres informations sur les fours à vide
Composants en carbone dans les fours à vide
Les composants en carbone tels que le carbone graphite ou le composite C/C sont utilisés dans les fours à vide. Ils sont utilisés dans les éléments chauffants, les matériaux de structure et les gabarits de traitement thermique.
Les composants en carbone sont très résistants à la chaleur et peuvent supporter des températures allant jusqu’à 3 000 °C. Ils se caractérisent par leur légèreté, leur faible coefficient de dilatation thermique, leur faible déformation due à la fatigue thermique et leur faible capacité thermique.
La légèreté permet d’augmenter la capacité de charge et de réduire les charges d’installation pour les produits traités thermiquement. La faible résistance à la déformation permet également de réduire les coûts d’exploitation. La faible capacité thermique et l’effet d’économie d’énergie élevé ont l’avantage d’avoir de nombreux effets d’amélioration de la productivité.
Toutefois, l’inconvénient est que le carbone se volatilise pendant le chauffage, ce qui entraîne une contamination du four et des pièces à traiter. Le système de refroidissement est également limité au refroidissement par gaz.