鎢加熱子用途及使用異常分析概述

戴永鎮(zhèn)

（廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司，福建 廈門 361021）

鎢加熱子廣泛用于電真空及電子元器件的蒸鍍，它是表面金屬蒸鍍用的電阻加熱體，在通電加熱后，起到高溫加熱元件的作用。蒸鍍是真空鍍膜技術(shù)中的一種，是把待鍍膜的鍍件置于真空鍍膜機(jī)內(nèi)，通過加熱使鍍材汽化或升華，以原子、分子或原子團(tuán)離開鎢加熱子表面，凝聚在具有一定溫度的鍍件表面，并冷凝成薄膜的過程[1]。蒸鍍是使用較早、用途較廣泛的氣相沉積技術(shù)，具有成膜方法簡單、薄膜純度和致密性高、膜結(jié)構(gòu)和性能獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)[2]。蒸鍍使用鎢加熱子時(shí)，可能會因?yàn)殒u加熱子選用不當(dāng)、鍍材使用不當(dāng)、真空鍍膜機(jī)使用不當(dāng)，而出現(xiàn)一些蒸鍍異常，本文針對鎢加熱子的使用用途及常見使用異常進(jìn)行了概述。

1 鎢加熱子及用途概述

1.1 鎢加熱子的材質(zhì)

鎢加熱子，材質(zhì)一般由純鎢絲或摻雜鎢絲加工而成，鎢絲的純度達(dá)到99.95%及以上。

1.2 鎢加熱子的形狀

鎢加熱子，形狀一般有雙駝峰型、單駝峰型、漏斗形、線圈型、直條型、門型、彎鉤型等，可參見下圖圖1所示。鎢加熱子，有由單股鎢絲繞制而成，也有由多股鎢絲繞制而成。由單股鎢絲繞制而成時(shí)，絲徑一般是φ0.2mm~2.0mm；由多股鎢絲繞制而成時(shí)，絲徑一般是φ0.2mm~1.3mm，最常用的股數(shù)是2股、3股、4股，在多股鎢絲絞合時(shí)，使用的每股鎢絲直徑一般是一樣的。當(dāng)由多股鎢絲絞合而成時(shí)，需要控制絞合鎢絲的旋向和螺距。

圖1 鎢加熱子的形狀示意圖

1.3 鎢加熱子的加工工藝

鎢加熱子加工工藝：拉拔鎢絲---絞合鎢絲---成型（繞制或壓制）---表面處理（電解拋光或堿洗或清水洗）。其中，拉拔鎢絲工序：可根據(jù)客戶對鎢絲加工性能要求、使用性能要求進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)；絞合鎢絲工序：可根據(jù)客戶對鎢絲直徑、股數(shù)、螺距、旋向等要求，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)；成型工序：可根據(jù)客戶對鎢加熱子的形狀、尺寸要求進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，一般結(jié)合選用的成型設(shè)備、成型動作程序、成型工裝模具等共同完成；表面處理工序：可根據(jù)客戶對鎢加熱子表面質(zhì)量要求、表面顏色要求等進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。

1.4 鎢加熱子的表面控制

鎢加熱子，表面具有金屬光澤，呈銀白色或灰白色，無可見污物，表面應(yīng)無明顯毛刺、表面開裂及氧化現(xiàn)象。鎢加熱子上的各根鎢絲應(yīng)無斷裂，無明顯螺距松散及不均現(xiàn)象，允許有輕微的機(jī)械損傷。鎢加熱子的表面質(zhì)量，一般用目測或手觸每支加熱子進(jìn)行檢驗(yàn)，有疑議時(shí)，可采用用10~40倍的放大鏡輔以檢查判定。

1.5 鎢加熱子的尺寸控制

鎢加熱子，外形及尺寸偏差應(yīng)符合相應(yīng)的圖紙規(guī)定，若圖紙中未規(guī)定尺寸偏差要求，則尺寸偏差可對照下表表1進(jìn)行設(shè)計(jì)及判定。對于鎢加熱子的尺寸，一般使用精度不低于0.02mm的游標(biāo)卡尺進(jìn)行檢驗(yàn)。對于圖紙中未定義關(guān)鍵尺寸、重要尺寸、次要尺寸及尺寸公差的，可根據(jù)使用用途定義關(guān)鍵尺寸、重要尺寸、次要尺寸，確定合理的尺寸公差，并依據(jù)國標(biāo)GB2828抽驗(yàn)檢測規(guī)則對尺寸進(jìn)行抽樣檢測及判定。

表1 鎢加熱子尺寸偏差對照表

1.6 鎢加熱子的使用用途

鎢加熱子，應(yīng)用在真空鍍膜機(jī)上，在較高真空度下進(jìn)行鍍膜，屬于加熱電阻。鎢加熱子作為加熱電阻，加熱時(shí)通常采用低電壓（＜10 V）、大電流（幾百A）的加熱方式。鎢加熱子在真空鍍膜機(jī)內(nèi)的放置，一般是裝配在能插或能掛的架子上；鍍材，一般是掛放在鎢加熱子上；鍍件，一般是掛放在或靜止或轉(zhuǎn)動或既能自轉(zhuǎn)又能公轉(zhuǎn)的掛具上，具體視不同鍍膜機(jī)型號而有所差異。因?yàn)殒u加熱子具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性好等特點(diǎn)，所以真空鍍膜機(jī)通電后，放置在鍍膜機(jī)里面的鎢加熱子會發(fā)熱，放置在鎢加熱子上的鍍材，則會因?yàn)槿埸c(diǎn)較低，而會被蒸發(fā)出來，從而鍍在真空鍍膜機(jī)里的工件上。一般常用的鍍材有鋁、鐵、銅、鎳、鉻等。鎢加熱子蒸鍍，一般應(yīng)用在制鏡、塑料、顯像管、有機(jī)物及各種裝飾品等行業(yè)。

1.7 鎢加熱子的真空蒸鍍原理

把鎢加熱子、鍍材、工件放置在真空鍍膜機(jī)內(nèi)，通過通電加熱，鎢加熱子作為電阻發(fā)熱，使熔點(diǎn)較低的鍍材蒸發(fā)或升華，氣化為具有一定能量的粒子。氣態(tài)粒子以基本無碰撞的直線運(yùn)動飛速傳送至工件，到達(dá)工件表面的粒子一部分吸附在工件上并發(fā)生表面擴(kuò)散，沉積原子之間產(chǎn)生二維碰撞，形成簇團(tuán)，有的可能在表面短時(shí)停留后又蒸發(fā)；另一部分被反射。粒子簇團(tuán)不斷地與擴(kuò)散粒子相碰撞，或吸附單粒子，或放出單粒子。此過程反復(fù)進(jìn)行，當(dāng)聚集的粒子數(shù)超過某一臨界值時(shí)就變?yōu)榉€(wěn)定的核，再繼續(xù)吸附擴(kuò)散粒子而逐步長大，最終通過相鄰穩(wěn)定核的接觸、合并，形成連續(xù)薄膜[2]。

1.8 鎢加熱子的真空蒸鍍工藝流程

真空蒸鍍工藝一般包括工件表面清潔、鍍膜前準(zhǔn)備、蒸鍍、取件、鍍后處理、檢測、成品等步驟[3]。

2 鎢加熱子蒸鍍異常概述

通過對鎢加熱子蒸鍍使用情況進(jìn)行信息收集，統(tǒng)計(jì)分析，使用異常情況主要有使用壽命短（使用斷裂、使用變形、使用時(shí)結(jié)鍍材）、鍍件發(fā)黑發(fā)黃、鎢加熱子形狀尺寸不合格（平行度、旋向、圈徑、引腳長、螺距、散股等）、鎢加熱子表面機(jī)械損傷、鎢加熱子表面氧化等。其中，使用斷裂、使用變形、使用時(shí)結(jié)鍍材、鍍件發(fā)黑發(fā)黃，較為常見。現(xiàn)對這些常見異常逐一進(jìn)行原因分析及提供改善對策。其中，原因分析及改善對策是結(jié)合個(gè)人多年工作經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)診斷分析而得出，所列原因?yàn)槌Ｒ姷脑?，不排除有其它個(gè)別原因造成的情況。

2.1 鎢加熱子使用斷裂的原因分析及對策

（1）設(shè)定的使用電壓偏高，導(dǎo)致鎢加熱子加熱時(shí)熔斷。---對策：設(shè)定合適的電壓。

（2）因鎢加熱子的絲材直徑過大，或展長過長等，總體電阻偏小，導(dǎo)致鎢加熱子加熱時(shí)熔斷。---對策：設(shè)計(jì)及使用合適尺寸的鎢加熱子。

（3）鍍材純度不足，雜質(zhì)元素與鎢加熱子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鎢加熱子加熱時(shí)熔斷。---對策：設(shè)計(jì)及使用特定純度要求的鍍材。

（4）設(shè)定的蒸鍍時(shí)間過長，出現(xiàn)加熱過度，從而導(dǎo)致鎢加熱子絲徑減損快而易于熔斷。----對策：設(shè)定合適的蒸鍍時(shí)間。

（5）鍍材在鎢加熱子上放置不均勻，造成部分鍍材使用時(shí)不斷結(jié)留在鎢加熱子上，造成后續(xù)電流不均，而出現(xiàn)在電流大的位置上熔斷。---對策：使用前，注意均勻放置鍍材在鎢加熱子上。

（6）鎢加熱子的尺寸，不利于裝配在真空鍍膜機(jī)內(nèi)的掛具上，因鎢材屬于脆硬材料，裝配時(shí)，拉斷；或者裝配時(shí)因尺寸不合適而變形，蒸鍍使用時(shí)，拉斷。----對策：設(shè)計(jì)合適尺寸的掛具及與之相配套的鎢加熱子尺寸，同時(shí)裝配時(shí)，注意按標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行裝配。

2.2 鎢加熱子使用變形的原因分析及對策

（1）鎢加熱子，加工過程中加熱不到位，存在較大應(yīng)力，在蒸鍍使用時(shí)，應(yīng)力釋放而造成變形。---對策：要求鎢加熱子加工時(shí)注意應(yīng)力控制或加工后做應(yīng)力消減處理，如做退火定型處理。

（2）鎢加熱子，使用的鎢絲材原料，抗拉強(qiáng)度偏大，造成加工成鎢加熱子后，仍存在較大應(yīng)力，在蒸鍍使用時(shí)，應(yīng)力釋放而產(chǎn)生變形。----對策：要求鎢加熱子加工用原料做抗拉強(qiáng)度管控，或加工成鎢加熱子后做應(yīng)力消減處理。

（3）鎢加熱子，使用的鎢絲材高溫性能差，在蒸鍍使用時(shí)，不耐高溫，受熱而發(fā)生變形。---對策：要求選用合適的鎢材，控制高溫性能。

（4）鎢加熱子的尺寸，不利于裝配在真空鍍膜機(jī)內(nèi)的掛具上，裝配時(shí)已有變形，蒸鍍使用時(shí)變形加劇及突顯。----對策：設(shè)計(jì)合適尺寸的掛具及與之相配套的鎢加熱子尺寸，同時(shí)裝配時(shí)，注意按標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行裝配。

2.3 鎢加熱子使用時(shí)結(jié)鍍材的原因分析及對策

（1）鍍材放置量過多，蒸鍍時(shí)揮發(fā)不完全，結(jié)留在鎢加熱子表面上。----對策：設(shè)計(jì)及使用合適數(shù)量的鍍材。

（2）鍍材在鎢加熱子上不均勻放置，造成部分鍍材使用時(shí)不斷結(jié)留在鎢加熱子上。----對策：使用前，注意均勻放置鍍材在鎢加熱子上。

（3）因鎢加熱子的絲材直徑過小，或展長過短等，總體電阻偏大，導(dǎo)致鎢加熱子加熱時(shí)受熱不足，鍍材蒸鍍時(shí)，揮發(fā)不完全，結(jié)留在鎢加熱子表面上。---對策：設(shè)計(jì)及使用合適尺寸的鎢加熱子。

（4）設(shè)定的使用電壓偏低，導(dǎo)致鎢加熱子加熱時(shí)受熱不足，鍍材蒸鍍時(shí)，揮發(fā)不完全，結(jié)留在鎢加熱子表面上。---對策：設(shè)定合適的電壓。

2.4 鎢加熱子使用時(shí)鍍件發(fā)黑發(fā)黃的原因分析及對策

（1）鎢加熱子化學(xué)成分純度不足或鍍材純度不足，蒸鍍使用時(shí)，雜質(zhì)元素鍍在鍍件上，導(dǎo)致鍍件發(fā)黑發(fā)黃。----對策：對鎢加熱子的化學(xué)成分純度、鍍材的純度進(jìn)行管控。

（2）鎢加熱子表面未清洗干凈，表面有雜質(zhì)附著，蒸鍍使用時(shí)，雜質(zhì)元素鍍在鍍件上，導(dǎo)致鍍件發(fā)黑發(fā)黃。----對策：對鎢加熱子的表面潔凈程度進(jìn)行管控。

（3）真空鍍膜機(jī)內(nèi)抽真空不足，里面含有較多氧分子，造成蒸鍍使用時(shí)，在鍍膜機(jī)內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)，影響膜層的純度，導(dǎo)致鍍件發(fā)黑發(fā)黃。----對策：對真空鍍膜機(jī)抽真空參數(shù)及達(dá)到的真空度進(jìn)行管控。

（4）真空鍍膜機(jī)內(nèi)干凈程度不足，比如內(nèi)壁、工件放置架等表面存在油污、銹跡、殘余鍍料等，這些雜質(zhì)在真空中易蒸發(fā)，雜質(zhì)元素破壞了真空度，并在鍍膜機(jī)內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)，影響膜層的純度，導(dǎo)致鍍件發(fā)黑發(fā)黃。----對策：對真空鍍膜機(jī)內(nèi)壁、工件放置架進(jìn)行定期清洗、維保，確保真空鍍膜機(jī)內(nèi)部的干凈。

3 結(jié)語

綜上所述，鎢加熱子是真空鍍膜中的加熱電阻，是蒸鍍的重要組成部分，蒸鍍使用異常，有部分的原因是鎢加熱子本身異常引起的，有部分的原因是鍍材異常引起的，還有部分的原因是真空鍍膜機(jī)使用異常引起的。為了更好地完成真空鍍膜，鍍出滿足要求的鍍件，需要對鎢加熱子蒸鍍異常進(jìn)行診斷及分析，將相關(guān)的理論和實(shí)踐進(jìn)行有效結(jié)合，以此來促進(jìn)鎢加熱子真空鍍膜技術(shù)的發(fā)展。