CN102781562B - 用于真空热处理设备的热处理容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于真空热处理设备的热处理容器。所述热处理容器包括：底部和侧壁。在所述侧壁的上部中限定排放通道。

Description

用于真空热处理设备的热处理容器

技术领域

本公开涉及用于真空热处理设备的热处理容器。

背景技术

真空热处理设备是这样一种设备，在其中，在熔炉中热处理原材料以制造所需材料。真空热处理设备的优点在于，在真空状态进行热处理，以防止待制造的材料被周围物质污染。在真空热处理设备中，绝缘件放置在具有真空状态的腔内，并且加热器放置在绝缘件内以加热原材料。

根据所述真空热处理设备，可能不均匀地排出反应期间产生气体和未反应的气体，在真空热处理设备中制造的材料品质会降低，并且所制造的材料的回收率会降低。此外，当气体被不均匀地排出到真空热处理设备中时，所制造的材料的颗粒大小会不均匀。

发明内容

技术问题

实施例提供一种用于真空热处理设备的热处理容器，在其中，反应气体和未反应气体被均匀地排出。

技术方案

在一个实施例中，一种用于真空热处理设备的热处理容器包括：底部；以及侧壁，其中，在所述侧壁中限定排放通道。

所述排放通道可以包括限定在所述侧壁的上部的上排放通道。

所述上排放通道可以具有矩形形状、倒三角形状、半圆形形状、倒梯形形状和圆形形状中的一种形状。

所述上排放通道可以限定在对应于从所述底部起所述侧壁的90%高度到对应于从所述底部起所述侧壁的100%高度之间。

所述上排放通道和所述侧壁之间的连接部分可以是弧形的。

所述热处理容器可以具有内部空间和一个开口侧，并且可以进一步包括覆盖所述热处理容器的盖构件，其中，所述上排放通道可以限定在所述热处理容器的邻近所述盖构件的部分处。

所述排放通道可以包括限定在所述侧壁的下部的下排放通道。

在所述热处理容器中可以布置多孔件。

所述多孔件可以被布置在所述热处理容器的下部。

所述多孔件可以被布置为阻挡所述下排放通道。

所述多孔件的厚度可以等于或大于所述下排放通道的厚度。

所述多孔件可以包括石墨。

所述热处理容器可以进一步包括覆盖所述热处理容器的盖构件，并且所述上排放通道可以被限定在所述热处理容器的邻近所述盖构件的部分。

所述上排放通道和所述下排放通道可以被布置在彼此相对应的位置处。

可以设置多个所述热处理容器，其中，多个所述热处理容器可以进一步包括在所述热处理容器外侧以包围多个所述热处理容器的外侧件。

所述热处理容器可以具有多边形平面形状或圆形平面形状。

所述热处理容器可以用于制造碳化硅。

在附图和以下描述中描述一个或多个实施例的细节。其它特征从说明书和附图以及权利要求中显而易见。

有益效果

在根据实施例的真空热处理设备中，可以在热处理容器中限定上排放通道以排出气体。因此，可以使气流平稳，以提高所制造的材料的质量和回收率。

在根据实施例的真空热处理设备中，可以在热处理容器中限定下排放通道，以通过热处理容器的下部排出气体。因此，可以使气流平稳，以提高所制造的材料的质量。

这里，多孔件可以阻挡下排放通道，以防止热处理容器中的原材料泄漏并且实现平稳的气流。

下排放通道和上排放通道可以布置在彼此相对应的位置，以通过热处理容器的上部和下部均匀地排出气体。因此，可以制造具有一致颗粒大小的材料。

附图说明

图1是根据一个实施例的真空热处理设备的示意图；

图2是根据第一实施例的热处理容器部的透视图；

图3是沿图2的III-III线截取的剖视图；

图4是图示根据第一实施例的热处理容器部的一个改进例子的剖视图；

图5是图示根据第一实施例的热处理容器部的另一改进例子的示意性剖视图；

图6是根据第二实施例的热处理容器部的透视图；

图7是沿图6的VII-VII线截取的剖视图；

图8是根据第二实施例的热处理容器部的一个改进例子的透视图。

具体实施方式

在对实施例的描述中，应该理解，当层（或膜）、区域、图案或结构被描述为在衬底、层（或膜）、区域、衬垫或图案“上”时，其可以直接在另一层或衬底上，或者也可以存在中间层。

在附图中，为了描述方便和清楚，可以夸大、省略或示意性地示出每层的厚度或尺寸。此外，每个元件的尺寸不完全反映实际尺寸。

现在将详细描述本公开的实施例，其例子在附图中示出。

图1是根据一个实施例的真空热处理设备的示意图。

参照图1，根据实施例的真空热处理设备100包括腔10、放置在腔10内的绝缘件20、放置在绝缘件20中的热处理容器部30以及加热元件40。下面将描述上述组件。

气氛气体通过气氛气体供应管（未示出）注入腔10中。诸如氩气或氦气的惰性气体可以用作气氛气体。

放置在腔10内的绝缘件20使热处理容器部30绝热，从而使得热处理容器部30保持在适于进行反应的适当温度。绝缘件20可以包含石墨以承受高温。

热处理容器部30放置在绝缘件20中，原材料被填充到热处理容器部30中，以通过原材料之间的反应产生所需材料。热处理容器部30可以包含石墨以承受高温。可以通过与热处理容器部30连接的排放孔12排出反应期间产生的气体或未反应的气体。

用于加热热处理容器部30的加热件40放置在绝缘件20和热处理容器部30之间。加热件40可以通过各种方法向热处理容器部30供应热量。例如，加热件40向石墨施加电压以产生热量。

热处理设备100的热处理容器部30可以是熔炉，该熔炉容纳原材料并向原材料供热，以制造所需材料。将参照图2和3描述热处理容器部30。图2是根据第一实施例的热处理容器部的透视图，图3是沿图2的III-III线截取的剖视图。

参照图2和3，热处理容器部30可以包括具有内部空间和一个开口侧的热处理容器140以及覆盖热处理容器140的盖构件130。热处理容器部30可以由耐高温的材料（例如石墨）形成。

热处理容器140具有彼此一体形成的底部110和侧壁120。此外，热处理容器140具有将原材料填入其中的空间。排放通道142可以限定在热处理容器140的侧壁上部，即，热处理容器140的邻近盖构件130的部分。可以通过排放通道142处置热处理期间产生的反应气体或未反应的气体。

排放通道142可以被限定在对应于从底部起的侧壁的90%高度到对应于从底部起侧壁的100%高度之间。因此，可以防止填充的原材料泄漏到外部，并且还可以平稳地排出气体。如图2和3所示，当排放通道142被限定在从底部起侧壁120的100%高度处，即侧壁120的最上部时，可以增加原材料的输入量并且可以很好地排出气体。

可以设置多个排放通道142，以更平稳地排出气体。在图2中，鉴于排放效率和排气特性，示出具有矩形形状的排放通道142作为例子。然而，排放通道142可以具有各种形状，诸如倒三角形、半圆形、倒梯形、圆形和除矩形之外的几何形状。本公开不受它的空间限制。例如，排放通道142可以具有能够用作排放通道的所有形状。

尽管在图2中排放通道142和侧壁120互相垂直，但是本公开不限于此。如图4所示，作为经改进的例子，排放通道142和侧壁120之间的连接部分CA可以具有弧形形状。因此，可以减小热处理容器140和盖构件（见图2的附图标记130，下面被称作相同的附图标记）之间的摩擦力，以防止损坏排放通道142。

尽管在本实施例中热处理容器140具有圆形平面形状以最小化施加到热处理容器140的热应力，但是本公开不限于此。例如，热处理容器140可以具有各种多边形形状。图6中示出具有平面形状的热处理容器。

此外，如图5所示，作为经改进的例子，可以设置多个热处理容器部30。包围多个热处理容器部30的外侧件310可以设置在多个热处理容器部30的外侧。热处理容器部30可以包括如图2和3所示的热处理容器部30。排放通道（未示出）可以限定在外侧件310中。

例如，真空热处理设备100可以用作碳化硅制造设备，在该设备中，加热含有碳源和硅源的混合原材料，以制造碳化硅。

就是说，将碳源和硅源的混合原材料放入真空热处理设备100的热处理容器部30中，以利用加热件40加热混合原材料。

根据本实施例的硅源可以包括能够提供硅的各种材料。例如，硅源可以包括二氧化硅。此外，硅粉、硅溶胶、硅胶或石英粉可以用作硅源。然而，本公开不限于此。例如，含硅的有机硅化合物可以用作硅源。

碳源可以包括固体碳源或有机碳化合物。

石墨、碳黑、碳纳米管（CNT）或富勒烯（C₆₀）可以用作碳源。

有机碳化合物可以包括苯酚、呋喃、二甲苯、聚酰亚胺、聚氨酯（polyunrethane）、聚乙烯醇、聚丙烯晴或醋酸乙烯酯。此外，纤维素、糖、沥青或焦油可以用作有机碳化合物。

硅源和碳源彼此混合。这里，当使用固体碳源时，硅源和碳源的质量比可以在约1:1至约4:1的范围内。

此外，当有机碳化合物用作碳源时，该碳源需要具有固体碳源的碳的两倍那么多碳。然而，根据在碳化过程中产生的碳产量，碳的量可以有一定不同。当有机碳化合物用作碳源时，加热硅源和碳源的混合物以碳化该混合物。可以在约700℃至约1200℃的温度下，尤其在约900℃至约1100℃的温度下，执行碳化过程。然而，当不使用有机碳化合物作为碳源时，可以省略碳化过程。

下文中，当将碳源和硅源的混合物放入热处理容器部30以加热混合物时，通过根据下面的反应式1至3的碳热反应制造碳化硅。

反应式1：

SiO₂(s)+C(s)->SiO(g)+CO(g)

反应式2：

SiO(g)+2C(s)->SiC(s)+CO(g)

反应式3：

SiO₂(s)+3C(s)->SiC(s)+2CO(g)

可以在氩气（Ar）气氛或真空气氛下执行加热过程。真空度可以在大于约0.03托和小于约0.5托的范围内，尤其是在大于约0.03托和小于约0.1托的范围内。当真空度小于约0.03托时，由于产品设备的机械负荷增加并由此需要额外装置，因此设备的维护和维修困难并且制造成本增加。

加热温度可以在约1300℃至约1900℃的范围内，尤其是在约1600℃至约1900℃。这里，加热时间可以约为3小时，但是不限于此。

如上所述，根据本实施例的真空热处理设备100可以用于制造碳化硅，但是不限于此。例如，真空热处理设备100可以用于制造需要热处理来合成的各种材料。

在下文中，将通过根据制造例子和对比例的碳化硅制造方法更详细地描述本公开。制造例子仅是用于更详细地说明本公开的示例性实施例。因此，本公开不限于所述制造例子。

制造例子1

将约80g混合原材料（40重量份数的平均直径约为40nm的煅制二氧化硅和18重量份数的碳黑的混合原材料）加入具有圆形平面形状的直径为约100mm且高为约100mm的热处理容器中，以在约1700℃的温度下利用约为0.1托至约0.5托的真空度热处理该混合原材料约3小时，由此制造碳化硅粉末。在对应于从热处理容器侧壁底部起的侧壁的100%高度处限定四个排放通道，每个排放通道具有半圆形形状和约3mm的直径。

制造例子2

除了排放通道具有约3mm长和约3mm宽的正方形形状之外，利用与制造例子1相同的方法制造碳化硅粉末。

对比例1

除了排放通道具有直径约3mm的圆形形状且被限定在从侧壁底部起的约80%高度处，并且放入约65g的混合原材料之外，利用与制造例子1相同的方法制造碳化硅粉末。

回收根据制造例子1和2以及对比例1的碳化硅粉末，以测量回收率（g/L）和杂质含量（ppm）。表1示出测量结果。

表1

	制造例子1	制造例子2	对比例1
				回收率	25.5	25.2	20.7
Ca含量	0.5	0.01	1
				Na含量	0.01	0.01	0.5
K含量	0.01	0.01	0.5
				Al含量	0.5	0.2	1
Cr含量	0.1	0.1	0.1
				Fe含量	0.1	0.1	0.1
Ni含量	0.1	0.1	0.5
				Cu含量	0.1	0.1	0.1

参照表1，根据制造例子1和2的碳化硅粉末回收率分别为约25.5g/L和25.2g/L。因此，可以看出，当与根据对比例1的碳化硅粉末回收率（约20.7g/L）相对比时，根据制造例子1和2的碳化硅粉末回收率更好。这是因为根据制造例子1和2的排放通道可以被限定在相对高的位置处，以将大量原材料放入容器中。

此外，可以看出，当与根据对比例1的杂质含量相对比时，根据制造例子1和2的杂质含量高，即Ca、Na、K、Al和Ni的含量高。这是因为可以快速地排出气体。

下文中，将参照图6至8描述根据另一实施例的热处理容器部。将省略对与上述实施例的构造相同的构造的详细描述，而是仅详细描述不同点。

将参照图6和7描述真空热处理设备的热处理容器部。图6是根据第二实施例的热处理容器的透视图，图7是沿图6的VII-VII线截取的剖视图。

参照图6和7，热处理容器部32可以包括具有内部空间和一个开口侧的热处理容器240以及覆盖热处理容器240的盖构件230。热处理容器部32可以由耐高温的材料（例如石墨）形成。

填充有反应原材料的内部空间被限定在热处理容器240中。上排放通道242可以被限定在热处理容器240的邻近盖构件230的部分中。此外，下排放通道244可以限定在热处理容器240的侧壁的下部中，即邻近热处理容器240的下表面的部分中。在热处理期间产生反应气体或未反应气体，并且所产生的气体可以通过上排放通道242和下排放通道244排出。

根据本实施例，上排放通道242和下排放通道244可以设置为平稳地排出气体。此外，可以通过热处理容器240的上侧和下侧均匀地排出气体。因此，在真空热处理设备中制造的材料可以在品质方面有改进并且具有均匀的颗粒大小。

这里，可以将上排放通道242和下排放通道244放置在互相对应的位置，以实现更平稳的气流。

多孔件26放置在热处理容器240内，即热处理容器240的下部。多孔件26可以放置为阻挡下排放通道244，由此防止放置在热处理容器240中的原材料泄漏到外部并且使得气体可以平稳地流过多孔件26的气孔。

多孔件26的厚度可以等于或大于下排放通道244的厚度，以有效地防止原材料泄漏到外部。

多孔件26可以包含能够耐高温的各种材料。例如，多孔件26可以包含石墨。

尽管在本实施例中热处理容器240具有方形平面形状，但是本实施例不限于此。例如，热处理容器240可以具有各种多边形形状。此外，如图8所示的改进例子，热处理容器部34具有圆形平面形状。将参照图8对此进行描述。

参照图8，热处理容器部34，即热处理容器340，和盖构件330可以分别具有圆形平面形状。因此，可以利用施加到热处理容器340的热应力之间的方向来最小化施加到热处理容器340的力。因此，可以防止热处理容器340变形和受损。

这里，当热处理容器340具有圆形或椭圆形平面形状时，施加到热处理容器340的力接近零。

根据改进的实施例，上排放通道342和下排放通道344可以设置在热处理容器340的侧壁的上部和下部中，以实现平稳的气流。此外，多孔件36可以放置在热处理容器340的下部，以防止原材料分离并保持平稳的气流。由于这些详细描述与图6和7的描述相同或类似，因此将省略这些详细描述。

根据本实施例和改进的实施例，如图5所示，包括热处理容器240和340以及盖构件230和330的多个热处理容器部320和340可以互相层叠，外侧件（见图5的附图标记310，并且在下文中，被称作相同的附图标记）可以围绕多个热处理容器部320和340。排放通道（未示出）可以限定在外侧件310中。

在下文中，将通过根据制造例子和对比例的碳化硅制造方法更详细地描述本公开。制造例子仅是用于更详细地说明本公开的示例性实施例。因此，本公开不限于所述制造例子。

制造例子3

将混合原材料（SiO₂和碳黑的混合原材料）加入具有圆形平面形状的直径为约500mm且高为约250mm的热处理容器中，以在约1800℃的温度下在氩气气氛下热处理该混合原材料约2小时，由此制造碳化硅粉末。彼此具有相同尺寸的排放通道限定在热处理容器的上部和下部。

对比例2

除了排放通道仅限定在热处理容器的上部之外，利用与制造例子3相同的方法制造碳化硅粉末。

挑选在根据制造例子3和对比例2的热处理容器的上部和下部处制造的碳化硅粉末，以测量颗粒大小。表2示出测量结果。

表2

	上部颗粒大小[μm]	下部颗粒大小[μm]
			制造例子3	1.4	1.2
对比例2	1.4	0.6

参照表2，可以看出，在制造例子3中热处理容器中的上部颗粒大小和下部颗粒大小彼此近似，但是在对比例2中两者彼此显著不同。就是说，根据制造例子3，可以看出，所制造的材料具有一致的颗粒大小。

在以上实施例中描述的特征、结构和效果包括在本发明的至少一个实施例中，但是不只限于一个实施例。此外，本领域技术人员可以容易地合并和改进在一个实施例中例示的特征、结构和效果，以用于另一实施例。因此，应该认为这些结合和改进落在本发明的范围内。

尽管已经参考本发明的示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本领域技术人员可以推导出许多其它的改进和实施例都落在本公开原理的精神和范围内。更具体地，在公开内容、附图和所附权利要求书的范围内，可以对所讨论的组合排列方式中的组件部分和/或排列方式进行各种改进和变型。

Claims (14)

1.一种用于真空热处理设备的热处理容器，所述热处理容器包括：

底部；以及

侧壁，

其中，在所述侧壁中限定排放通道，

其中，所述排放通道包括：

限定在所述侧壁的上部的上排放通道；和

限定在所述侧壁的下部的下排放通道，

其中，所述上排放通道和所述下排放通道被布置在彼此相对应的位置处。

2.根据权利要求1所述的热处理容器，其中，所述上排放通道具有矩形形状、倒三角形状、半圆形形状、倒梯形形状和圆形形状中的一种形状。

3.根据权利要求1所述的热处理容器，其中，所述上排放通道限定在对应于从所述底部起所述侧壁的90％高度到对应于从所述底部起所述侧壁的100％高度之间。

4.根据权利要求1所述的热处理容器，其中，所述上排放通道和所述侧壁之间的连接部分是弧形的。

5.根据权利要求1所述的热处理容器，其中，所述热处理容器具有内部空间和一个开口侧，并且进一步包括覆盖所述热处理容器的盖构件，

其中，所述上排放通道限定在所述热处理容器的邻近所述盖构件的部分处。

6.根据权利要求1所述的热处理容器，其中，在所述热处理容器中布置多孔件。

7.根据权利要求6所述的热处理容器，其中，所述多孔件被布置在所述热处理容器的下部。

8.根据权利要求6所述的热处理容器，其中，所述多孔件被布置为阻挡所述下排放通道。

9.根据权利要求6所述的热处理容器，其中，所述多孔件的厚度等于或大于所述下排放通道的厚度。

10.根据权利要求6所述的热处理容器，其中，所述多孔件包括石墨。

11.根据权利要求6所述的热处理容器，其中，所述热处理容器进一步包括覆盖所述热处理容器的盖构件，并且所述上排放通道被限定在所述热处理容器的邻近所述盖构件的部分。

12.根据权利要求1所述的热处理容器，其中，所述热处理容器被设置为多个，

其中，多个所述热处理容器进一步包括在所述热处理容器外侧以包围多个所述热处理容器的外侧件。

13.根据权利要求1所述的热处理容器，其中，所述热处理容器具有多边形平面形状或圆形平面形状。

14.根据权利要求1所述的热处理容器，其中，所述热处理容器用于制造碳化硅。