热场工艺控制电源行业基本情况
思瀚产业研究院 东方四通    2025-04-10

电加热具有加热均匀、热效率高和容易控制等优点，是制造业及冶金工业中重要的加工方式。制造过程中的温度本身及其空间分布与时间序列，对各类物理及化学反应的发生具有重要影响，需要通过电源进行工艺控制。

20 世纪 50 年代，可控功率半导体被发明，此后由功率半导体器件对电能进行转换与控制的电力电子技术升级，促进了热场工艺控制电源的发展。热场工艺控制电源通过嵌入式软件、芯片、电子元器件等组成控制单元，结合 IGBT 或晶闸管等功率器件，利用电力电子技术，实现对负载的电压、电流、频率、交直流性质等电源参数进行控制与变换，进而实现对热场工艺的高精度、高效控制，是高精度自动化加热设备的主要装置。

电加热工艺主要包括电阻加热、感应加热、电子束加热等。电阻加热是最为成熟的电热转换方式，利用通过物体的电阻发热而达到加热效果，属于直接加热。电阻加热的功率与电流大小、加热体的电阻等直接相关，可由交流调压电源、直流晶体生长电源进行控制。电阻加热具有直接、高效率、高精度的特点，目前的控制精度可达到万分之一；但电阻加热的最高温度受发热材料限制，在最高温度超过 2,800℃的工艺中的应用受到一定限制。

感应加热系利用交流磁场在被加热物体内部产生涡流来加热物体，是一种非接触的加热方式，具有加热速度更快、热场环境适应性更好等优点，并且可通过改变频率与感应线圈形状来改变加热深度与加热位置，更适用于加热最高温度要求更高、发热体所处外部环境更为复杂的工艺。感应加热的效果与交流功率及频率相关，可由交流中高频感应电源进行控制。

感应加热作为一种间接加热方式，控制难度相对较高，目前可通过控制电源侧的直流功率间接控制到万分之一。此外，感应加热时将产生较强磁场，可对加热物体进行电磁搅拌，但也会对磁场敏感工艺产生干扰。

传统的热场工艺控制电源主要用于电炉、电加热器等，对精度控制的要求较低。随着光伏、稀土材料、电子材料、耐热材料等新兴行业的发展，为满足材料加工需求，需应用晶体生长、气相沉积、粉末烧结、真空熔炼、热处理等新工艺，该等工艺除要求更高的热场控制精度外，还极大丰富了热场控制的内涵。

新行业、新工艺的发展为高端热场工艺控制电源提供了发展契机，推动热场工艺控制电源逐步向高精度、数字化、智能化方向发展。

晶体生长：通过热场的温度梯度控制物态变化，实现对微观晶体结构的重构与控制光伏材料、电子材料。下游应用领域光伏材料、电子材料。

气相沉积：化学气相沉积中的高温分解方法通过高温使得化合物分解，重新沉积后实现纯化或增材生长。下游应用领域光伏材料、电子材料。

粉末烧结：通过高温使得粉末间相互键联，使颗粒之间发生粘结等物理化学作用，由颗粒聚集体转变为晶体结合体，进而得到所要求的强度和特性的材料或制品。下游应用领域稀土材料、耐热材料。

真空熔炼：在真空环境下，通过电磁感应产生涡电流，通过温度控制，使金属熔化，熔炼高纯度的金属及合金，同时通过电磁搅拌改善微观结构。下游应用领域。

热处理材料：在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，不改变工件的形状和整体化学成分，通过改变工件内部的显微组织或表面的化学成分，以获得金属的预期组织和性能。下游应用领域高端金属加工。

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