CN102363878B - 一种化学气相沉积炉预热装置 - Google Patents
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Abstract
一种化学气相沉积炉预热装置。通过气流板180°增加气体流程，延长受热时间，同时增加横梁，扩大热辐射能力，达到有机气体充分、均匀预热的目的。在出口处增加扰动孔，扰动孔在同一圆周之上，同时其轴向与水平面存在一定夹角，当预热气体进入扰动孔后，受迫沿扰动孔轴向方向喷出，结合扰动壁的碰撞作用形成强烈的旋转气流，随着旋转气流的上升，在离心力的作用下，提前分解的有机气体由于聚合作用形成大分子，大分子在惯性力与离心力的双重作用下优先进入料柱底端，降低了轴向反混的几率，进而在预制体之中扩散、沉积，达到底部增密的作用，同时未分解的气体继续旋转上升，使顶部压力气体压力降低，最终达到整个碳盘料柱增密的目的。
Description
技术领域
本发明属于化学气相沉积技术领域，尤其涉及一种用于制造碳刹车盘的化学气相沉积用预热装置。
背景技术
化学气相沉积技术(CVD)是气态物质经过高温化学反应而获得固态沉积物的一种制备方法，目前使用的碳刹车盘80％以上是通过该技术获得的。过程描述如下：有机气体(甲烷、丙烷、丙烯等)通过送气装置进入沉积炉内，在一定高温下进行裂解、聚合，并不断向盘型预制体中扩散、渗透，最终以热解碳的形式沉积于预制体纤维之上，达到增密化的效果，获得碳/碳复合材料刹车盘。其中一项关键因素是有机气体在进入反应区之前必须达到适当的温度，并在盘与盘之间形成有效流场，这样才能提高致密化效率，因此，预热装置将起到以上作用：加热气体并对气场进行合理布局。
多孔板叠加式预热装置是目前广泛使用的预热装置，但是气体在其中的流程较短，因此受到的热辐射、热传导作用时间短，对气体的预热能力有限，使得有机气体在进入沉积区域前未达到分解的临界温度，具体表现在使碳刹车盘料柱底部1/3段增密效果减弱；同时现有预热装置出口设计简单，为单通气孔，不能形成有效气场，具体表现在使碳盘顶部1/3段增密效果减弱。
发明内容
为克服现有技术中存在的热辐射、热传导作用时间短，对气体的预热能力有限，以及不能形成有效气场的不足，本发明提出了一种化学气相沉积炉预热装置。
本发明包括盖板、底座、热电偶、基座和底板，其特征在于，还包括扰动面板和气流板；底座安放在基座的上表面；气流板逐层叠放在底座的上表面，并且各层之间180°交错；所述的气流板的层数为2～5层；扰动面板置于最顶层气流板的上表面；在扰动面板的上表面安放预制体；在扰动面板和气流板的中心有热电偶的过孔；在扰动面板的中心有圆形的凹槽，在该凹槽内环绕热电偶过孔，均布有扰动孔；所述扰动孔为4个或6个或8个。所述扰动孔为斜孔，该扰动孔的中心线与扰动面板表面之间的夹角为70°～85°；所述扰动孔的倾斜方向均向扰动面板外圆周方向；在气流板的上表面中心有圆形凹面；在所述凹面上分布有多条相互平行的气流槽。气流槽的宽度为5～15mm，并且相邻两个气流槽的槽壁厚度为10mm。
在气流板的下表面有一圈轴向凸出的支撑台；所述气流板的气流槽是由在气流板凹面内凸出的条形凸台之间形成的，并且所述的凸台的上表面均略低于气流板的表面。
本发明中，预热装置介于CVD炉基座与纤维预制体之间，基座由底板、耐火砖、保温毡与通气管组成，纤维预制体顶部放置盖板。CVD炉基座与预热装置底座齐平，由通气管道输送气体，其余部分保证气密性，通气管道内装有热电偶，盘型纤维预制体中心与盖板气体扰动孔中心一致，保证气体通道畅通。当混合气体由通气管道进入后，经由预热装置进入碳盘料柱中。
本发明采用单孔/双孔气流板180°交替放置方式，增加气体流程，延长受热时间，同时增加横梁，扩大热辐射能力，达到有机气体充分、均匀预热的目的。在出口处增加扰动孔，扰动孔在同一圆周之上，同时其轴向与水平面存在一定夹角，当预热气体进入扰动孔后，受迫沿扰动孔轴向方向喷出，结合扰动壁的碰撞作用形成强烈的旋转气流，随着旋转气流的上升，在离心力的作用下，提前分解的有机气体由于聚合作用形成大分子，大分子在惯性力与离心力的双重作用下优先进入料柱底端，降低了轴向反混的几率，进而在预制体之中扩散、沉积，达到底部增密的作用，同时未分解的气体继续旋转上升，使顶部压力气体压力降低，最终达到整个碳盘料柱增密的目的。
附图说明
图1为预热装置的结构示意图；
图2为气流板的结构示意图；
图3为气流板结构示意图的俯视图；
图4为扰动孔面板示意图的主视图；
图5为扰动孔的示意图。附图中：
1.盖板 2.预制体 3.扰动面板 4.气流板 5.底座 6.热电偶
7.基座 8.底板 9.通气孔 10.气流槽 11.扰动孔
具体实施方式
本实施例是一种化学气相沉积炉预热装置，包括扰动面板3、气流板4和底座5。
底座5安放在基座7的上表面。气流板4逐层叠放在底座5的上表面，并且各层之间180°交错；所述的气流板4的层数与进入沉积炉中的气体流量成正比关系，为2～5层，当气体流量≤2000L/h时，气流板4的层数为2层；当气体流量2000L/h～3000L/h时，气流板4的层数为3层；当气体流量≥3000时L/h时，气流板4的层数为4层或者5层。本实施例中，所述的气流板4为3层。扰动面板3置于最顶层气流板4的上表面。在扰动面板3的上表面安放预制体2，并在有各预制体组成的料柱顶端加装盖板1。热电偶分别穿过底板8、基座7、底座5、气流板4和扰动面板3的中心孔，一端装入预制体内。
扰动面板3为圆盘状。在扰动面板3的中心有圆形的凹槽，该凹槽的中心有热电偶6的过孔。环绕所述热电偶6过孔，均布有扰动孔11；所述扰动孔11的数量根据进入沉积炉中的气体流量确定，为4个或6个或8个；本实施例中，扰动孔11的数量为6个。所述扰动孔11为斜孔，该扰动孔的中心线与扰动面板3表面之间的夹角为70°～85°，该角度根据料柱的高度确定，料柱的高度越高，扰动孔的角度越大。本实施例中扰动孔的角度为70°。所述扰动孔11的倾斜方向均向扰动面板3外圆周方向。
气流板4为圆盘状。在气流板4的下表面有一圈轴向凸出的支撑台，并且该支撑台须能够支撑料柱的重量。在气流板4的上表面中心有圆形凹面，在所述凹面的中心有热电偶6的过孔。在所述凹面分布有多条相互平行的条形凸台，相邻的凸台之间形成了多条气流槽10，用于增加热辐射的表面积，以对气体有效预热。所述的凸台的上表面均略低于气流板4的表面，使相互叠放的气流板4的上表面与上一层气流板的下表面之间形成通过气流的间隙，并且使最上层的气流板4上表面与扰动面板3的下表面之间亦有通过气流的间隙。所述的气流槽10的宽度根据进入沉积炉中的气体流量确定，为5～15mm，并且相邻两个气流槽10的槽壁厚度为10mm。本实施例中，气流槽10的宽度为10mm。
Claims (3)
1.一种化学气相沉积炉预热装置，包括盖板、底座、热电偶、基座和底板，其特征在于，还包括扰动面板和气流板；底座安放在基座的上表面；气流板逐层叠放在底座的上表面，并且各层之间180°交错；所述的气流板的层数为2～5层；扰动面板置于最顶层气流板的上表面；在扰动面板的上表面安放预制体；在扰动面板和气流板的中心有热电偶的过孔；在扰动面板的中心有圆形的凹槽，在该凹槽内环绕热电偶过孔，均布有扰动孔；所述扰动孔为斜孔，该扰动孔的中心线与扰动面板表面之间的夹角为70°～85°；所述扰动孔的倾斜方向均向扰动面板外圆周方向；在气流板的上表面中心有圆形凹面；在所述凹面上分布有多条相互平行的气流槽；在气流板的下表面有一圈轴向凸出的支撑台；所述气流板的气流槽是由在气流板凹面内凸出的条形凸台之间形成的，并且所述的凸台的上表面均略低于气流板的表面。
2.如权利要求1所述一种化学气相沉积炉预热装置，其特征在于，所述扰动孔为4个或6个或8个。
3.如权利要求3所述一种化学气相沉积炉预热装置，其特征在于，气流槽的宽度为5～15mm，并且相邻两个气流槽的槽壁厚度为10mm。
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