ろう付け炉内に重金属炉の工具の代わりに炭素/炭素炉の工具を使用する利点

現在のろう付け炉では、ろう付け室内で多くの重い炉具を使用する必要があります。これらの炉具には、ろう付け炉の高温域のすべての重金属構造（炉格子、トレイ、ラック、バスケットなど）が含まれている。
高温域に入れられたすべての部品と炉具はろう付け温度まで加熱され、その後安全に室温まで冷却され、変形を最小限に抑える必要があります。
炉室内の炉具が重いと、ろう付けプロセスの時間が長くなるだけでなく、生産能力の大部分が占有されます。
何事も代価を払わなければならない。ろう付け企業はこれらの重い炉具をろう付け温度に加熱するためにかなりのコストを払わなければならず、毎日何度も繰り返し、日々、年を重ねることが多い。これらのコストはろう付け企業の利益を明らかに飲み込んでいる。
実際、私はこのようなろう付け企業のいくつかを見たことがあります：それらは炉室の材料の総重量の中で炉の器具に入れて90%以上占めて、ただ10%未満はろう付けと顧客に提供する部品が必要です。
このようなろう付け企業はろう付けというより、炉具の熱処理を行っている企業が多い。
私はいくつかの工場のマネージャーにこう言った。「私が正しいかどうか見てみましょう。あなたたちは意識していませんが、あなたたちは実際にストーブを熱処理しています。もちろん、あなたたちは確かにストーブにろう付けが必要な部品を入れていますが、このようにして得た収益はすべて熱処理で相殺されています。そうではありませんか」。
これは往々にして彼らの思考を引き起こすことができて、彼らに自分のいわゆる「ろう付け炉」がなぜこんなに効率が悪いのかを理解させることができます。
このような状況を変えるのを助けるために、炭素繊維強化炭素（炭素／炭素）という材料が、ろう付け炉を製造するために使用されることが増えている。炭素/炭素炉具は炉内に入れる重量を大幅に低減するだけでなく、長期的な熱安定性のさらなる利点もある。

基本的な紹介
炭素／炭素炉の内部構造は、図1に示すような炭素繊維を含む。それらは特殊な基体炭素材料に加えられ、強度の高い複合構造を形成している。

図1.炭素/炭素炉の製造に使用される典型的な炭素繊維
炭素繊維自体の強度は高いが、基体炭素材料は特殊な耐熱性、耐化学性、低熱膨張性、高熱伝導性、高導電性を有する。
使用される炭素繊維の長さ（通常は短く切断される）及び炭素マトリックス中のそれらの配置方向は、必要に応じて変更することができ、所望の性能を得ることができる。
黒鉛、セラミックス、金属などの他の炉材料に比べて、炭素/炭素材料の特徴は強度が高く、軽量で、柔軟性が良いことである。大きな温度範囲での使用に適しており、性能に影響を与えないだけでなく、形状を安定させる（変形しない）ことができます。
炭素／炭素材料は、任意の非酸化環境（真空、アルゴン、窒素など）において3500°F（2000°C）を超える温度に安全に耐えることができる。これらは高温で水素ガスや酸素含有量の高い雰囲気に使用されてはならない。
ストーブの運搬
生産者は炭素/炭素コンロを正確に運搬する必要があり、これには確かに関連する注意事項を把握し、適切な訓練を受ける必要がある。
炭素/炭素コンロを勝手に捨てたり、地面に落としたりすると炭素/炭素材料が破壊され、コンロの使用寿命が短くなる可能性があります。
炭素/炭素材料は金属炉のような凹みや変形は起こらないが、柔軟性が高いために破断しにくいにもかかわらず、生産者は炭素/炭素炉の保管、運搬、使用方法を学ぶべきであることを覚えておく必要がある。
すべての材料のように、炭素/炭素コンロは加熱と冷却の過程で膨張と収縮を生じるが、金属コンロよりも形状を安定させることができるはずだ（変形抵抗力が金属よりも優れているため）。
図2と図3から、金属炉格子は使用数ヶ月後に炉内への出入りを繰り返したために明らかな変形が生じたが、同じ用途の炭素/炭素炉格子は同じ長時間使用した後も平坦であり、変形は見られなかった。

図2.この重さ66ポンド（30 kg）の炉格子は、9ヶ月間の繰り返し加熱/冷却を経て明らかな変形を起こした（使用中に矯正を行ったことがない）。

図3.この重さ5ポンド（2.5 kg）の炭素／炭素炉格子は、図2の金属炉格子と同様に使用された後、何の変形も生じなかった。
ろう付けされた金属の多くは、それらを担持する炭素/炭素コンロと反応する可能性があるため、ろう付けされた金属部品の下にセラミック材料のシートやセラミック繊維の布を敷くなど、金属部品と炭素/炭素コンロの間に分離層を置く必要があります。
図4は、炉格子リブにセラミック素子を被せる例を示している。

図4.炉格子に被覆されたセラミック部品
炉格子に被覆されたセラミック部品は、その上に置かれた金属がその下の炉具と反応するのを確実に防止することができることがわかる。
炭素/炭素材料は純度が99%を超える炭素であり、純炭素は鉄を含むいかなる金属（例えばステンレス鋼）とも反応しやすいため、炭素と鋼との間のいかなる反応も2100°F（1150°C）未満の温度で低融点共晶体を生成する可能性がある。
炭素/炭素コンロに担持された金属が局所的に溶融すると、直接接触することになる。この点に注意して、炉内の加熱中に金属が炭素/炭素コンロに直接接触しないように予防措置をとる必要があります。
他にも炭素と反応しやすい金属にはチタンやクロムがあります。

カーボン/カーボンコンロの設計
図5は、炭素/炭素ろう付け炉の設計の一例である。

図5.熱交換器に均一な圧力を印加するために、炉具は慎重に設計する必要がある。温度が上昇するにつれて、金属熱交換器が膨張し、炭素/炭素スプリングが圧縮される。
このような炉具は、ろう付けされる部品を炭素/炭素材料からなる天板と底板の間に固定するために使用される。
コイルばねも、ろう付け中に均一な圧力を加えるために炭素/炭素材料で作られています。炭素/炭素スプリングの材質は一方向炭素繊維複合材料であり、2350°F（1300°C）程度のろう付け温度で何百回使用しても、部品表面に正確な圧力を加えることができる。
図6及び図7は、2種類の炭素／炭素ばね（コイルばね及び板ばね）の例を示す。

図6.炭素/炭素コイルばね

図7.炭素/炭素板スプリング
炭素/炭素ばねと重量圧着材の比較
ろう付け企業は一般的に、ろう付けプロセス全体で常に密接に接触するように、部品の上にいくつかの金属ブロック（ウェイト）を置いて、下の金属部品を圧着します。これにより、加熱された材料の量が数百ポンド増加することがよくあります。
重圧固定部材の代わりに軽量炭素/炭素スプリングを使用することにより、炉床の重量の大部分を占有することを取り消すことができる。
また、炭素/炭素コンロ自体の昇温速度は金属よりも3倍程度速いため（炭素/炭素コンロの熱伝導性が非常に良いため）、コンロ材料の加熱効率が大幅に向上し、生産量の増加に非常に有利である。

結論
用途と同時に、炭素/炭素コンロは金属コンロに比べて多くの利点があり、以下を含む：
•炉具（炉格子、バスケット、トレイ、ラックなど）の総重量が著しく低下
•ろう付け炉の生産量が大幅に向上（サイクル時間短縮、操作回数増加）
•ろう付け部品のエネルギーコストが大幅に低下
•疲労や変形による炉具の修理/交換の減少
炭素/炭素技術の発展に伴い、ろう付けの生産性と利益を向上させる簡単な方法として炭素/炭素材料を使用するユーザーが増えることが予想されているが、炭素/炭素炉具は典型的な金属炉具よりも高い初期コストですぐに回収できる。
炭素/炭素コンロを購入し、使用するにつれて、このような「新」技術から恩恵を受ける顧客が増え、コストは着実に低下するだろう。