Работа со стеклом вообще и электровакуумное производство в частности, широко используют печной нагрев, причём в последнем случае это может быть целый ряд специализированных технологических аппаратов — от несложных подогреваемых кожухов на откачных постах или автоматах, до печей вакуумных и водородных для подготовки материалов. Ниже описана сборка очень простой импровизированной муфельной печи для электровакуумных экспериментов в домашней мастерской. Основное назначение прибора — отжиг сложных самодельных ЭВП (электровакуумных приборов) и их частей, нагрев при откачке и наполнении ЭВП, в том числе и при изготовлении оксидных катодов.
В конструкции применён «закрытый муфель» (коробка-камера, нагреваемая снаружи), усложняющий, и удорожающий печь, но и распределяющий температуру внутри равномернее. Такой муфель является массивным и теплоёмким, что в нашем стеклянном случае важно.
Фото 2. Современная муфельная (камерная?) печь с открытыми нагревателями, на основе лёгких огнеупоров. Чужое фото из сети
Фото 3. Свежее исполнение хрестоматийной ПМ-8, заметить которую, в бытность можно было в школах и прочих дворцах пионеров, и долгое время остававшейся, пожалуй, единственным доступным вариантом высокотемпературной обработки для рукодельного юношества. Имеет литой шамотный (?) муфель. Чужое фото из сети
Технологические печи в электровакуумном деле могут иметь и нагрев пламенный, здесь же речь пойдёт только о вариантах электрических, позволяющих тоньше и точнее регулировать процесс, в целом более удобных и простых для домашней лаборатории-мастерской.
Рис. 4. Старинная лабораторная вакуумная установка для откачки (ламп) [1]. Где: 1 — термометр; 2 — манометр Мак-Леода; 3 — печь из листового железа с тепловой изоляцией из асбеста, подвешенная на блоках с противовесами; 4 — откачиваемый прибор на железных подставках; 5 — подогревательная спираль; 6 — доска с тепловой изоляцией; 7 — ловушка с жидким воздухом; 8 — асбестовая теплоизоляция; 9 — двухступенчатый ртутный диффузионный насос с подогревателем; 10 — трубка водяного охлаждения; 11 — к форвакуумному насосу; 12 — порционный кран; 13 — резервуар
Небольшие рукодельные печи из гражданских комплектующих. Примеры
Закрытый муфель печи должен быть достаточно теплопроводен, чтобы пропускать через свои стенки тепло от внешнего нагревателя к садке. Очень хорошо, если он не проводит электрический ток в рабочем диапазоне температур, что упростит и удешевит конструкцию. Обычно муфель выполнен из высокотемпературной керамики, подготовить, вылепить и хорошо обжечь которую в домашних условиях непросто, тем более сколько-то заметного размера. На ум, конечно, приходят мысли использовать что-то готовое и неспециальное, хотя бы и некрупных размеров.
Фото 5. Широко известная конструкция муфельной печи (вариант — для обжига некрупной керамики) на основе электроплитки. Муфель предлагалось вылепить самостоятельно из шамота или подыскать подходящий цветочный горшок
Фото 6. Бытовой ретро ИК обогреватель-калорифер с керамическим нагревательным элементом. Чужое фото из сети
Фото 7. Сменный нагреватель калорифера отформован из шамота. Взяв его за основу, можно было собрать простую сравнительно высокотемпературную микропечь, например, для плавки небольших количеств алюминия, серебра. Чужое фото из сети
Рис. 8. Эскиз микропечи на основе калориферного нагревателя
Фото 9. Наибольший интерес в этом смысле представляет керамическое основание-труба от мощного реостата. Исполнения таких приборов имеют небогатый, но таки ассортимент сопротивлений намотки, подобрав среди которых более или менее подходящий, сразу получаем муфель с готовым нагревателем на сетевое напряжение
Фото 10. Через незащищённое брюшко реостата видна искомая труба — потенциальный муфель с нагревателем. На фото — РПШ-2 на 2А, 100 Ом. Длина керамической трубы 300 мм, внутренний полезный диаметр — чуть больше 45 мм — влезет довольно крупная лампа. Потрошить, однако, внушительный сорокалетний раритет жалко
Изготовление простого надёжного «закрытого» муфеля
Максимальная температура, требующаяся от нашей печи — 550…560 ̊ С, полезный объём — узкодлинный, достаточно литра. Выпилим наш муфель из шамотного кирпича — это прочный, легкодоступный, недорогой и износоустойчивый материал, несомненный диэлектрик, хорошо проводит тепло — именно поэтому запрещено применять его для кладки стенок отопительных печей (пожароопасно!), чем грешат некоторые старые учебники. Выточив и сложив две П-образных детали, получим основную часть муфеля. Прочную, надёжную, обожжённую отработанным заводским образом.
Фото 11. Приобрёл и привёз несколько заготовок-кирпичей без заметных трещин, разметил, оставив стенки около 10 мм, приступил к выпиливанию внутренностей. Работал небольшой имеющейся УШМ с алмазным диском Ø125 мм, конечно, на улице, в защитных очках и наушниках. Кирпич пилится лучше, тише, даёт меньше сколов и пыли и меньше изнашивает алмазный инструмент, будучи вымоченным в воде. Кирпич огнеупорный, шамотный, слишком плотный, пропитывается долго и неглубоко, но заметный эффект от вымачивания тоже есть. При работе регулярно и часто поливал заготовку водой, а на время любых перерывов погружал в ведро. На фото — снятие первого слоя
Фото 12. Пластины между выпиленными пазами осторожно выломал рычагом — ручкой болгарочного ключа, кое-где аккуратно поработал молотком
Фото 13. Маленький инструмент не позволяет вгрызаться глубоко, зато действует аккуратнее и точнее. На фото — верхний удалённый слой
Фото 14. Диск-инструмент на редукторе УШМ вынесен вбок и в тесном пространстве не позволил пропилить пазы как на верхнем слое — немного с одной стороны, перевернув заготовку, столько же с другой
Фото 15. Оставшуюся нетронутой середину искромсал под углом
Фото 16. Выломав, выбив тонкие пластинки и промыв операционное поле, взялся выглаживать стенки. Работать приходится в основном боковой стороной алмазного слоя. Стрелкой на фото показано общее движение инструмента — поворачивая его так и этак и стараясь не задевать боковые стенки, сточил и насколько это было возможно, выровнял дно заготовки
Фото 17. Ещё одно полезное движение, позволяющее добраться в углы
Фото 18. Первая пробная часть муфеля готова. Много шума и грязи, но в принципе, ничего сверхсложного
Фото 19. Основная часть муфеля
Фото 20. Ещё из одного кирпича выпилил вкладыш-дно. На фото — заготовка, после, снабжённая по периметру «четвертью». После всех предыдущих кунштюков — дело пустячное. В середине просверлил небольшое отверстие для термопары
Сборка муфеля
Фото 21. Сложил две половинки муфеля и намотал поверх нагреватель из нихромовой проволоки — приобрёл в скобяном магазине несколько запасных к электроплиткам, нагревателей, выровнял, перемотал на катушки. Попадаются спирали и из фехраля — надо иметь в виду, что они не допускают контакт с асбестом. Здесь использовано два нагревателя по 1.5 кВт, намотанные друг за другом и включённые последовательно. Получившиеся ~750 Вт — примерно укладываются в рекомендуемую для моего объёма мощность. Половинки не склеивал, они насмерть стянулись нагревателем. Проволоку тонким слоем обмазал глиняной смесью для кладки огнеупорного кирпича, на ней же установил дно
Фото 22. Используемая глиняная смесь, ходовая в наших краях. Существует фасовка и поменьше
Фото 23. Вид на внутренности муфеля в сборе. Торчащая сквозь дно проволока и прищепка — для закрепления концов нагревателя на время высыхания обмазки
Фото 24. Выводы нагревателя приварил-нарастил медными проволочинами — сделал скрутки, макнул в порошок буры, коснулся графитовым электродом от старого гальванического элемента. Как источник регулируемого тока ~10…20 А использовал некрупный сварочный инвертор, изловчившись подцепить его клеммы. Соединения дополнительно зафиксировал винтовыми клеммами, а весь нагреватель изолировал слоем листового асбеста — вырезал развёртку, размочил в воде, обернул, зафиксировал верёвочкой до полного высыхания
Фото 25. Муфель с нагревателем в сборе. Вид сзади
Сборка печи
Собственно, для этого наш муфель с нагревателем следует только обернуть каким-либо теплоизолятором, выдерживающим рабочую температуру. Для простой экспериментальной и временной печи применил готовые фабричные блоки из пенобетона. Они дешёвые, крупные, есть в строительных магазинах, легко обрабатываются и сносно работают до ~600 ̊ C.
Фото 26. Блоки из пенобетона без труда пилятся обычной ручной ножовкой
Фото 27. Сборка печи — делай раз! В заднем блоке для электрических выводов пропилил два паза-щели
Фото 28. Сборка печи — делай два!
Фото 29. И-и, делай три… Закончили упражнение. Экий у нас получился Эль-Караколь, но нужные 500 градусов набирает спокойно. Половинка пенобетонного кирпича (сверху) — импровизированная дверца. При максимальной температуре наружные стенки ощутимо тёплые, но и только
Блок управления
Та же историческая школьная ПМ-8 (Фото 3) вовсе не имеет штатного термометра, температуру в ней определяют на глазок, а нагрев регулируют ступенчатым реостатом. К счастью, нынче доступны, распространены и дёшевы термоконтроллеры с ПИД (пропорционально интегрально-дифференциальным) регулированием — самонастраивающиеся, работающие с минимальным «выбегом», что позволяет без брака приближаться к критическим температурам. Невысокая мощность нагревателя печи, массивный теплоёмкий муфель и приличная теплоизоляция позволяют естественным образом получить низкий темп нагрева, а главное, остывания, что важно при работе со стеклом — и обойтись при этом термоконтроллером простым, не программируемым.
Фото 30. Блок управления электропечью [2] на основе простого термоконтроллера. Умеет только включить нагреватель, точно довести печь до заданной температуры, поддерживать заданную температуру. Темп нагрева печи зависит исключительно от её конструкции и в реальности переменен — чем выше температура, тем медленнее печь набирает следующие градусы
Фото 31. Для блока управления этой печью применил программируемый термоконтроллер — китайский вариант Altec-410, превосходно зарекомендовавший себя при многолетней эксплуатации самодельной печи для фьюзинга [3]. Взят на вырост, опять же — хорошо знакомые кнопки и программирование. Модуль собран на живую нитку, на панели уголком из нашедшегося хлама. Окна и крупные отверстия выпилил лобзиком, собрал на клей и мелкие шурупы. Программирование контроллера сравнительно несложное, но иметь под рукой шпаргалку полезно — бумажную этикетку вычертил в китайском же Автокаде, плотная фотобумага для струйного принтера некстати закончилась, но обратная сторона её упаковки оказалась не хуже. Этикетку приклеил и условно заламинировал несколькими полосами широкого скотча
Фото 32. Установка элементов блока управления печью. Контроллер выдаёт управляющий сигнал нескольких типов, в том числе и пригодный для работы с твердотельным реле. Здесь оно с применением КТП-8 установлено на небольшой радиатор
Фото 33. Блок управления в сборе, вид на монтаж
Фото 34. Общий вид печи
Итого
В результате работы изучил альтернативную возможность изготовления муфеля, получил простую теплоёмкую печь с плавным нагревом и остыванием, имеющую рабочую камеру 105 (В)х95(Ш)х240(Д) мм, для ряда электровакуумных экспериментов.
Из огрехов конструкции — горизонтальное положение рабочей камеры, тогда как для нагрева ламп лучше располагать их вертикально, твердотельное реле имеет неизолированную от внутреннего ключа-симистора, медную подошву, на радиаторе оно тоже закреплено без прокладки.
Дополнительные материалы
1. Стронг Д. Техника физического эксперимента. Лениздат. 1948 г. Перевод с английского.
2. Простая, недорогая, точная мини-электропечь (для фьюзинга) своими руками. Авторский конспект.
3. Простая, недорогая, точная высокотемпературная электропечь своими руками. Авторский конспект.
На благо всех разумных существ, Babay Mazay, январь, 2025 г.
© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»
Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT ?
Комментарии (23)
sshmakov
24.01.2025 10:05Не понял, почему вы посчитали лучше выпиливать муфель из кирпича, чем слепить его из шамотной глины и обжечь в вашей фьюзинговой печи?
Собственно, в учебниках даже советуют слепить муфель вместе со спиралью и обжечь этой же спиралью.
BabayMazay Автор
24.01.2025 10:05Этот муфель я делал, когда печи для фьюзинга еще не было, да и сейчас не стал бы в ней спекать шамот -- это часы при Т выше 1000 Цельсия, повышенный износ огнеупоров, которые обычно у меня работают при 740, да и то не дольше нескольких минут. Жалко! А вот со спиралью это да, но тогда пришлось бы и теплоизоляцию печи делать высокотемпературную, а не дешевый пенобетон, более или менее длительно работающий при Т не выше 600 Цельсия.
sshmakov
24.01.2025 10:05Часы - да, но не все эти часы при 1000 градусах. Часы набегают из-за медленного нагрева, от 50 град/час в начале процесса, и из-за долгого естественного остывания в конце. На максимуме выдержки уже 40 минут достаточно. Да и в максимуме не обязательно доводить до 1000, не фаянс, чай, типичный утильный обжиг может быть на 850.
BabayMazay Автор
24.01.2025 10:05Ясно. Это я, совершенно не знакомый с керамикой и ее обжигом, метнулся в Яндекс, а тот говорит -- в конце нагрева, 5-6 часов при Т выше 1000 Цельсия. 40 минут при 850 это уже веселее!
A_C_C
24.01.2025 10:05ШВП избавит от таких "приседаний" с болгаркой и позволит сделать любую конфигурацию и объём.
BabayMazay Автор
24.01.2025 10:05Что такое ШВП?
A_C_C
24.01.2025 10:05Шамотно волокнистая плита.
BabayMazay Автор
24.01.2025 10:05Э-э, так это теплоизоляция, материал тепло проводящий плохо, а мы говорим о муфеле.
A_C_C
24.01.2025 10:05Плиты отлично соединяются между собой , а так же можно обработать, например, на токарном станке (пыли, конечно, тоже будет не мало). Сделать несколько стержней с канавками, куда вложить навитую из нихрома спираль. Затем поместить их уже внутри закрытой камеры. Так тут наоборот простор для творчества появляется практически безграничный :) Просто был опыт с шамотом, со всем этим выпиливанием внутри кирпича, обмазкой глиной и прочими "радостями". После этого использование ШВП - это совсем "Другой коленкор" :)
BabayMazay Автор
24.01.2025 10:05Понимаю Вас коллега преотлично -- всё это тоже проходил. Слов нет, современные огнеупоры хороши и удобны в большинстве распространенных задач, но кое-где всё таки нужны нагреватели снаружи рабочей камеры, а это другой тип исполнения.
A_C_C
24.01.2025 10:05Безусловно Ваш путь с шамотным кирпичом заслуживает уважения, не представляю сколько итераций с обработкой кирпича пришлось пройти до финального результата. Конечно все реализации печи в итоге, безусловно очень сильно зависят от требований , ну и совсем не в последнюю очередь от технологических и финансовых возможностей.
BabayMazay Автор
24.01.2025 10:05Это да, к слову сказать, и бюджет с кирпичами -- копеечный. А что до итераций, то всё сделано с первого раза, уверяю Вас, ничего там страшного, всё как всегда -- глаза боятся...! Правда я до этого три печи в своем хозяйстве сложил, кстати, с шамотной футеровкой топки, но это помогло в основном не испугаться предстоящих работ.
h--h
24.01.2025 10:05вот только "насмерть стянуться нагревателем" оно не может, нихромовая проволока при включении и нагревании удлиняется.
оно у тебя там на обмазке держится.
BabayMazay Автор
24.01.2025 10:05В холодном состоянии сборка как монолит, а при нагреве, очень может быть! Только не на обмазке, а просто стоят половинки муфеля друг на друге.
JBFW
24.01.2025 10:05твердотельное реле имеет неизолированную от внутреннего ключа-симистора, медную подошву
Не уверен. Вроде в такие ставят тиристоры с встроенной изоляцией, у него как раз подошва самого тиристора изолированная от контактных выводов, соответственно и пластина реле получается изолирована.
Наводка там конечно есть, если неонкой-тестером ткнуть, но контакта нет, если на "землю" закоротить.Хотя, кто его знает что у вас за реле попалось...
NickDoom
24.01.2025 10:05Я помню, что за мной должок с тем экспериментом.
Взять галогенку, вставить в керамический держатель, вмуровать держатель, накрыть стаканом из ШВП.
Подать штатные 12 В и измерить напряжение на токовом шунте, то есть рабочий ток лампочки.
Запомнить плэпорцию между напряжением на лампочке и шунте, то есть сопротивление спирали, строго говоря.
При помощи ещё-не-решил-чего поддерживать эту плэпорцию, убавляя напряжение на лампочке.
Лампочка нагревается сама, раскаляет вокруг себя воздух и стакан, но нить накала имеет постоянную температуру — мы не даём ей перегреваться, поддерживая её сопротивление постоянным и равным стартовому, когда она работала в штатном режиме. Ибо температура её проще всего контролируется тупо по её сопротивлению, равному плэпорции напряжений на ней самой и её токовом шунте.
Ждём, что будет дальше — или оно стабилизируется потерями тепла через ШВП, или что-то поплавится, или треснет, или оно всё достигнет температуры нити накала и будет работать при околонулевом токе (но что-то мне подсказывает, что при температуре нити накала даже кварц уже потечёт).
Таки хочется уже это выяснить %) надо только прикинуть, чем бы я бы мог бы так лихо обратную связь замутить. Может, просто трансформатор, тиристор и операционник?
ThingCrimson
Красиво и впечатляюще, спасибо! Едва ли я в ближайшее время на самодельный муфель замахнусь, но материал заскирдовал про запас.
(фото с газоблоком и ножовкой зажгло в голове табличку «каменное дерево», и вот это уже полезно на практике для меня будет)
BabayMazay Автор
Рад что Вам понравилось! Вообще говоря, при наличии современных мягких огнеупоров и доступных недорогих ПИД контроллеров, печи муфельные стоит применять в очень обоснованном случае -- агрессивные среды внутри, повышенные требования к распределению температуры (вплоть до толстостенного металлического муфеля) и т. п. В статье этакое описание-отчет моих старых экзерсисов, остатки которых чудом сохранились. Сдул пыль, собрал в кучу, пристроил термоконтроллер, использую для нескольких работ-экспериментов.