金属蒸馏工艺用碳管炉

碳管炉常用于稀土金属（如钐、镱、铯、铷等）的真空蒸馏提纯。工艺基于金属还原后蒸气压升高，通过控制温度和真空度，使金属蒸发并冷凝收集，实现与其他杂质的分离。

金属蒸馏工艺及碳管炉结构要求

碳管炉在金属蒸馏工艺中的应用

碳管炉凭借其可实现高真空/惰性氛围与精准高温控制的特性，成为金属蒸馏的核心设备，具体应用逻辑如下：

1. 氛围控制：通过抽真空或通入氩气、氮气等惰性气体，隔绝空气，避免金属在高温下氧化，同时减少蒸汽与气体分子的碰撞，提升蒸馏效率。

2. 温度调控：根据目标金属的沸点（如锌约907℃、镁约650℃），将碳管炉加热区温度稳定在“目标金属汽化但杂质（如铅、铁）不汽化”的区间，实现金属与杂质的分离。

3. 蒸馏流程：待提纯金属装入石墨坩埚后放入碳管炉加热区，金属受热汽化形成蒸汽，蒸汽随炉内微气流（或真空梯度）进入低温冷凝区，冷却后凝结为高纯度金属，杂质则留在加热区残渣中。

工艺步骤

装料（金属氧化物+还原剂）

抽真空（通常至10Pa或更低）

升温至还原/蒸发温度（如1300~1400℃）

冷凝收集金属蒸气（冷凝段温度控制在300~500℃）

冷却出炉，后处理（抛光、切割、包装）

金属蒸馏碳管炉结构

结构描述：

发热体：采用高纯石墨管（纯度≥99.9%），避免石墨杂质混入金属；需具备均匀的径向/轴向加热性能，确保加热区温度波动≤±5℃，防止局部过热导致杂质汽化。

炉膛与坩埚：炉膛内壁需衬石墨或高纯氧化铝，减少金属蒸汽与炉体反应；坩埚选用高密度石墨材质，保证耐高温且不与待蒸馏金属（如稀土、锌）发生化学反应。

密封与真空系统：炉体法兰采用金属密封圈（如铜、镍合金），确保真空度可达10?3~10??Pa，减少空气对金属的氧化；配备高真空泵组（如分子泵+机械泵），快速抽除炉内气体及蒸馏产生的低沸点杂质。

冷凝与分离结构：需在加热区上方或后方设置独

温控与安全系统：采用红外测温或热电偶测温，实现100~3000℃范围内的精准控温；配备过温保护、真空异常报警、冷却水断流保护功能，避免设备损坏及金属氧化。

主要用途：

真空碳管炉主要应用于合金材料中易挥发元素（如铅、锌等）的真空蒸馏工艺；高价氧化物在真空高温下进行热还原工艺；荧光粉材料以及合金材料在高真空或保护气氛下的热处理等。

主要结构：

1、炉体：双层304不锈钢水冷结构，精密抛光，有利于缩短抽气时间，且便于清洁；

2、炉盖：双层水冷的结构，内外壁均为304并经精密抛光处理，中间通冷却水。炉盖上装有多镜观察窗、炉盖打开机构等；

3、加热保温：加热系统采用石墨筒形加热器，保证了温度均匀性和工件的均匀受热，且便于发热体的维修及更换。侧面及底面的隔热屏均采用由硬毡、软毡共同组成的复合保温层，经过加工制作成一个整体的隔热系统。

4、真空系统：由油扩散泵、罗茨泵、机械泵配电磁压差阀（防止因突然停电、机械泵油倒灌）充气阀、放气阀、真空蝶阀、真空压力表（±Pa）波纹管、真空管路和支架等组成。

5、充气装置：主要由充气阀、流量计、充气管道等组成，用于烧结工艺所需充氩气、氮气的气氛要求；

6、水冷系统：水冷系统由进水管、回水管、电接点压力表、阀门、管路等组成，当水压低时，自动进行声光报警，并自动切断加热电源功能，以确保设备安全

7、控制系统：由可编程控制器PLC、温控仪、真空计、电压电流表、直流稳压电源、空开、接触器、继电器、按钮、指示灯等组成，以实现供电、控制、记录、监视、报警保护功能。

8、测量装置：钨铼热电偶对设备的温区进行温度测量，实现工作过程的实时监控，并保证了在加温、保温过程中路室内温度的均匀性。也可以配合使用光学测温或红外辐射温度计（详见可选配置部分）通过视察窗测量温度。