CN103343332A - 一种化学气相沉积方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学气相沉积方法，以化学气相沉积系统进行化学气相沉积，化学气相沉积系统包括：化学气相沉积室，化学气相沉积室内设有发热体、隔热屏和与化学气相沉积室连通，且分散安装的多个喷嘴系统；真空系统，真空系统具有与多个喷嘴系统连通的真空管路，真空管路上设有真空开关阀；化学沉积气路系统，化学沉积气路系统具有与多个喷嘴系统连通的充气管路，充气管路上设有充气开关阀。本发明使用的化学气相沉积系统，设置有多个分散安装的喷嘴系统，即各个喷嘴系统并非安装在同一位置。同时设置了多个分别与多个喷嘴系统连接的真空管路和充气管路，能够有效的实现化学气相沉积产品均匀沉积，从而得到均匀材质的化学气相沉积成品。

Description

一种化学气相沉积方法

技术领域

本发明涉及化学气相沉积技术领域，更具体地说，涉及一种化学气相沉积方法。

背景技术

化学气相沉积是一种被广泛应用于生产新型材料（如C/C、C/SiC、SiC/SiC等复合材料）的工艺方法。随着社会的发展、技术的进步，航天、航空、交通等诸多领域对化学气相沉积材料有了更高的要求，材料和制品的尺寸正在向大型化发展。由于沉积均匀性是化学气相沉积技术的一个十分重要的质量指标，而且目前还没有适用于大型化学气相沉积的化学气相沉积系统，如果要保证大型（规模或外型很大的）材料和制品化学气相沉积的均匀性，显然十分困难，这也就阻碍了航天、航空、交通等诸多科学领域及民用科技的发展。

化学气相沉积是利用化学气沉积的原理，将参与化学反应的物质，加热到一定工艺温度，在真空泵抽气系统产生的牵引力作用下，引至沉积室进行反应、沉积、生成新的固态物质的过程。为了得到工艺要求的沉积厚度，所述的沉积过程一般需要连续20天左右。为了能够更好的制备出高质量的产品，沉积过程不仅要求在非常洁净的环境下进行，如果沉积室内有粉尘存在就会影响沉积效果，而且还要求沉积过程能够连续、正常进行。

目前，通用的化学气相沉积炉大多数是在原来真空加热炉改进或发展起来的，主要由炉体（包括炉腿、隔热屏）、发热室、焦油回收处理系统、真空系统、充气系统组成。采用化学气相沉积得到的碳碳复合材料具有结构致密性、微裂纹少、热解碳结构可控等优点。

通过传统的真空炉改造和发展起来的化学气相沉积炉和沉积系统，由于只有一路沉积气路通道和一个单一加热温区，很难保证沉积所得到的碳碳复合材料能够均匀沉积与均匀加热。由于是单一沉积气路系统，碳氢气体以一定的流量、流速快速地涌入到沉积室的某个部位，并在瞬间发生热解形成基体碳沉积于坯材内部或表面，但是其存在的缺陷是沿沉积室高度方向的碳氢气体浓度和沉积反应先后由下至上逐渐减弱，显然，装炉量越大，沉积室各个方向的碳氢气体浓度差异也就越大，而且会导致不同位置上的产品或同一个产品的不同位置的密度相差很大，从而使得到的同种产品质量不一致或同一个产品上不同部位质量不一致。

因此，如何实现化学气相沉积产品均匀沉积，从而得到均匀材质的化学气相沉积成品，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种化学气相沉积方法，以实现化学气相沉积产品均匀沉积，从而得到均匀材质的化学气相沉积成品。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种化学气相沉积方法，以化学气相沉积系统进行化学气相沉积，其特征在于，所述化学气相沉积系统包括：

化学气相沉积室，所述化学气相沉积室内设有发热体、隔热屏和与所述化学气相沉积室连通，且分散安装的多个喷嘴系统；

真空系统，所述真空系统具有与多个所述喷嘴系统连通的真空管路，所述真空管路上设有真空开关阀；

化学沉积气路系统，所述化学沉积气路系统具有与多个所述喷嘴系统连通的充气管路，所述充气管路上设有充气开关阀。

优选地，在上述化学气相沉积方法中，所述真空系统包括：

真空机组；

与所述真空机组的输出口连通的所述真空管路，所述真空管路为相并联的多个，且所述真空管路与所述喷嘴系统一一对应连通。

优选地，在上述化学气相沉积方法中，所述真空系统还包括焦油尾气处理系统，所述真空机组的输出口与所述焦油尾气处理系统的输入口连通，所述焦油尾气处理系统的输出口与所述真空管路连通。

优选地，在上述化学气相沉积方法中，所述化学沉积气路系统包括：

气体配气屏；

与所述气体配气屏的输出口连通的所述充气管路，所述充气管路为相并联的多个，且所述充气管路与所述喷嘴系统一一对应连通。

优选地，在上述化学气相沉积方法中，所述喷嘴系统包括：

气体分配箱，所述真空管路和所述充气管路与所述气体分配箱连通；

与所述气体分配箱连通的多个气体喷嘴。

优选地，在上述化学气相沉积方法中，所述气体喷嘴为方形喇叭结构或圆形喇叭结构，且面积较大的一端与所述气体分配箱连接。

优选地，在上述化学气相沉积方法中，所述化学气相沉积室的内壁的任意位置均安装有所述发热体。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的化学气相沉积方法利用的化学气相沉积系统，设置有多个分散安装的喷嘴系统，即各个喷嘴系统并非安装在同一位置。同时设置了多个分别与多个喷嘴系统连接的真空管路和充气管路，能够有效的实现化学气相沉积产品均匀沉积，从而得到均匀材质的化学气相沉积成品。真空系统设有多个真空管路，各真空管路设一个真空开关阀；同时，化学沉积气路系统设有多个充气管路，各充气管路设一个充气开关阀。通过关闭/开启真空管路上的真空开关阀，以及充气管路上的充气开关阀，可实现化学气相沉积过程：上进气、下抽真空；或下进气、上抽真空；或左进气、右抽真空；或前进气、后抽真空导流或前进气后抽真空，导流各种工艺交替进行或对化学气相沉积，在上下左右、四面八方位置抽真空的同时，实现化学气相沉积的沉积物能有效、均匀的沉积在所需要的产品上或产品内部。从而有效的解决了目前大型碳-碳复合材料的化学沉积生产制造困难的难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的化学气相沉积系统的结构示意图。

其中，1为气体分配箱，2为气体喷嘴，3为隔热屏，4为上充气切换阀，5为下充气切换阀，6为气体配气屏，7为上抽真空切换阀，8为下抽真空切换阀，9为焦油尾气处理系统，10为真空机组，11为发热体。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种化学气相沉积方法，以实现化学气相沉积产品均匀沉积，从而得到均匀材质的化学气相沉积成品。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的化学气相沉积系统的结构示意图。

本发明实施例提供的化学气相沉积方法，以化学气相沉积系统进行化学气相沉积，该化学气相沉积系统包括化学气相沉积室、真空系统和化学沉积气路系统。

其中，化学气相沉积室内设有用于发热的发热体11、用于隔热的隔热屏3和与化学气相沉积室连通，且分散安装的多个喷嘴系统。发热体11和隔热屏3以及喷嘴系统在化学气相沉积室的安装方式与现有技术相同，本发明与现有技术的区别在于设置了多个喷嘴系统，并且将喷嘴系统分散安装，避免所有喷嘴系统安装在同一位置而失去意义。

真空系统具有与多个喷嘴系统连通的真空管路，真空管路上设有真空开关阀，该真空开关阀用于导通会切断该真空管路。化学沉积气路系统具有与多个喷嘴系统连通的充气管路，充气管路上设有充气开关阀，该充气开关阀用于导通会切断该充气管路。

在本实施例中，喷嘴系统的具体数量应该根据实际需求，以及化学气相沉积室的体积即化学气相沉积系统的处理量而设定，并尽量保证化学气相沉积室的上下左右前后均具有喷嘴系统。

图1仅示出真空管路具体两条，充气管路具有两条的情况，两条真空管路上的真空开关阀分别为上抽真空切换阀7和下抽真空切换阀，两条充气管路上的充气开关阀分别为上充气切换阀4和下充气切换阀5。本领域技术人员可以理解的是，图1仅示出了本发明中的一种情况，本发明并不局限于具有两个喷嘴系统的一种情况。

本发明提供的化学气相沉积方法利用的化学气相沉积系统，设置有多个分散安装的喷嘴系统，即各个喷嘴系统并非安装在同一位置。同时设置了多个分别与多个喷嘴系统连接的真空管路和充气管路，能够有效的实现化学气相沉积产品均匀沉积，从而得到均匀材质的化学气相沉积成品。

真空系统设有多个真空管路，各真空管路设一个真空开关阀；同时，化学沉积气路系统设有多个充气管路，各充气管路设一个充气开关阀。通过关闭/开启真空管路上的真空开关阀，以及充气管路上的充气开关阀，可实现化学气相沉积过程：上进气、下抽真空；或下进气、上抽真空；或左进气、右抽真空；或前进气、后抽真空导流或前进气后抽真空，导流各种工艺交替进行或对化学气相沉积，在上下左右、四面八方位置抽真空的同时，实现化学气相沉积的沉积物能有效、均匀的沉积在所需要的产品上或产品内部。从而有效的解决了目前大型碳-碳复合材料的化学沉积生产制造困难的难题。

在本发明一具体实施例中，真空系统包括真空机组10和真空管路。

真空管路与真空机组10的输出口连通，真空管路为相并联的多个，且真空管路与喷嘴系统一一对应连通。

具体地，真空系统还包括用于处理焦油尾气的焦油尾气处理系统9，真空机组10的输出口与焦油尾气处理系统9的输入口连通，焦油尾气处理系统9的输出口与真空管路连通。即由化学气相沉积室抽出的气体要先经过焦油尾气处理系统9进行去焦油尾气处理再排放。

在本发明一具体实施例中，化学沉积气路系统包括气体配气屏6和充气管路。

其中，充气管路与气体配气屏6的输出口连通的，充气管路为相并联的多个，且充气管路与喷嘴系统一一对应连通。

在本发明一具体实施例中，喷嘴系统包括气体分配箱1和气体喷嘴2。

其中，真空管路和充气管路与气体分配箱1连通，多个气体喷嘴2与气体分配箱1连通。本发明设置气体分配箱1，并在气体分配箱上设置气体喷嘴，可减少管路的使用，即针对一个气体分配箱1上的所有气体喷嘴只需要对应一个管路即可，在一定程度上提高了设备的稳定性，并且降低了制造成本。

在本实施例中，气体喷嘴2为方形喇叭结构或圆形喇叭结构，且面积较大的一端与气体分配箱1连接。本领域技术人员可以理解的是，气体喷嘴2还可为其它形状，本发明局限于上述两种形状。

在本实施例中，化学气相沉积室的内壁的任意位置均安装有发热体11。即化学气相沉积室的上下、左右位置及炉门均安装有发热体11，发热体11能使化学气相沉积室的上下左右、前后位置的温区得到均匀加热，从而保证了产品的致密性一致，不会出现任何加热死角，尤其是大型加热室。

本发明提供的化学气相沉积方法在化学气相沉积过程中能使沉积产品的上下左右、前后方向均匀地交替沉积，沉积产品的上下左右、前后方向均匀地交替加热，从而实现了大型碳-碳复合材料的化学沉积，并保证沉积产品的致密性一致，沉积均匀。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种化学气相沉积方法，以化学气相沉积系统进行化学气相沉积，其特征在于，所述化学气相沉积系统包括：

化学气相沉积室，所述化学气相沉积室内设有发热体（11）、隔热屏（3）和与所述化学气相沉积室连通，且分散安装的多个喷嘴系统；

真空系统，所述真空系统具有与多个所述喷嘴系统连通的真空管路，所述真空管路上设有真空开关阀；

化学沉积气路系统，所述化学沉积气路系统具有与多个所述喷嘴系统连通的充气管路，所述充气管路上设有充气开关阀。

2.如权利要求1所述的化学气相沉积方法，其特征在于，所述真空系统包括：

真空机组（10）；

与所述真空机组（10）的输出口连通的所述真空管路，所述真空管路为相并联的多个，且所述真空管路与所述喷嘴系统一一对应连通。

3.如权利要求2所述的化学气相沉积方法，其特征在于，所述真空系统还包括焦油尾气处理系统（9），所述真空机组（10）的输出口与所述焦油尾气处理系统（9）的输入口连通，所述焦油尾气处理系统（9）的输出口与所述真空管路连通。

4.如权利要求1所述的化学气相沉积方法，其特征在于，所述化学沉积气路系统包括：

气体配气屏（6）；

与所述气体配气屏（6）的输出口连通的所述充气管路，所述充气管路为相并联的多个，且所述充气管路与所述喷嘴系统一一对应连通。

5.如权利要求1-4任一项所述的化学气相沉积方法，其特征在于，所述喷嘴系统包括：

气体分配箱（1），所述真空管路和所述充气管路与所述气体分配箱（1）连通；

与所述气体分配箱（1）连通的多个气体喷嘴（2）。

6.如权利要求5所述的化学气相沉积方法，其特征在于，所述气体喷嘴（2）为方形喇叭结构或圆形喇叭结构，且面积较大的一端与所述气体分配箱（1）连接。

7.如权利要求1-4任一项所述的化学气相沉积方法，其特征在于，所述化学气相沉积室的内壁的任意位置均安装有所述发热体（11）。

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