CN104884407A

CN104884407A - 热屏蔽系统

Info

Publication number: CN104884407A
Application number: CN201380067035.0A
Authority: CN
Inventors: 克里斯蒂安·格罗斯; 卡尔·胡贝尔; 阿尔诺·普兰肯施泰纳; 卡尔·雷吉; 伯恩哈德·瓦伦蒂尼
Original assignee: Plansee SE
Current assignee: Plansee SE
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: KR20150099749A; AT13369U1; CN104884407B; US9803925B2; RU2630728C2; EP2935152A1; TWI588434B; WO2014094009A1; TW201437587A; EP2935152B1; US20150345868A1; RU2015123542A

Abstract

本发明涉及一种用于热屏蔽高温炉的批料空间的热屏蔽系统，该热屏蔽系统包含至少一个屏蔽组件(2)。该屏蔽组件(2)具有由一个(或多个)难熔金属片(5)组成的外围(4)及以颗粒结构和/或纤维结构形式存在且基于氧化锆(ZrO2)的陶瓷材料(8；10')，该陶瓷材料容纳于外围中(4)。

Description

热屏蔽系统

技术领域

本发明涉及一种用于热屏蔽高温炉的批料空间的热屏蔽系统，该热屏蔽系统包含至少一个屏蔽组件。

背景技术

热屏蔽系统用于高温炉中以便尽可能将由各别加热系统产生且为批料空间中的各别制程所需的热保持在批料空间中。

在迄今已用于高温炉的一种原理中，热屏蔽系统由多个(例如5至15个)由钨或钼制造的辐射板形成，这些辐射板经配置而彼此基本平行并且利用间隔物保持间隔分开。此外，已知使用适当堆叠的陶瓷砖(例如由氧化锆制造)来热屏蔽高温炉中的批料空间。

WO 2011/083898 A1揭示一种用于蓝宝石单晶生长高温炉的热屏蔽系统，其中提供多个经配置而间隔分开的绝热块。详言的，该等绝热块本身由石墨形成。此外，可在至少两个绝热块之间设置绝热层(例如由钢制造)。根据文献RU 100770 U1及JP 2002-333279 A，已知用于高温炉的其他热屏蔽系统。

随着对生产率、在高温炉中经热处理(或制造)的部件的产品质量及高温炉的能量效率的需求日益增加，使得有必要进一步优化热屏蔽系统。特别是，对于产品质量，在许多产品的情况下，需要批料空间中仅出现较小温度梯度，这可特别通过提高热屏蔽系统的屏蔽作用来达成。屏蔽作用提高也可以改良高温炉的能量效率。

在常规辐射板系统的情况下，可通过增加辐射板的数量来改良屏蔽作用。从而增加上面出现热流的表面的数量，且因此可利用多个辐射板达成相对较大幅度的温度下降。此结果通常随着板厚度的降低而出现。举例而言，使用在0.25至2.0mm范围内的板厚度，这些板彼此之间的间隙仅在4至8mm范围内。然而对辐射板屏蔽的这种优化受到限制，这是因为由此造成了许多部件形成丝状结构且出现显著老化现象。替换辐射板则关系到花费精力及成本。

在惯常使用的陶瓷砖的情况下，利用陶瓷材料(尤其是氧化锆或氧化铝)的低热传导率。然而，在此同样需要进行优化。

发明内容

因此，本发明的一个目标在于进一步改良高温炉的热屏蔽系统的屏蔽作用以及能量效率，同时应该确保其使用寿命较长。就此而言，热屏蔽系统将特别地设计用于≥1500℃、尤其是≥1700℃的目标温度。

通过如权利要求第1项中所述的热屏蔽系统来达成该目标。本发明的有利扩展方案则于从属权力要求中指明。

根据本发明，提供一种用于热屏蔽高温炉的批料空间的热屏蔽系统，该热屏蔽系统包含至少一个屏蔽组件。该屏蔽组件具有由一个(或多个)难熔金属片组成的外围及以颗粒结构和/或纤维结构形式存在且基于氧化锆(ZrO2)的陶瓷材料，该陶瓷材料容纳于该外围中。优选地，陶瓷材料总体上以颗粒结构形式或者以纤维结构形式存在，即，优选地不存在颗粒与纤维的混合形式。

根据本发明，因为使用以颗粒结构和/或纤维结构形式存在的陶瓷材料，因此与块状材料相比热传导率进一步降低，这就屏蔽作用而言较为有利。此外，与块状材料相比，实现热容量降低，此就加热阶段及冷却阶段期间的能量效率而言以及就生产率而言为有利的。通过颗粒结构和/或纤维结构，个别颗粒或纤维之间的热传导仅可能经由个别颗粒或纤维之间的相对较小的接触点来进行。此外，个别颗粒及纤维之间发生辐射作用。特别是，在基于氧化锆(ZrO2)的材料的情况下，有可能达成在十分之几W/(mK)(瓦/米·开)范围内的极低热传导率，例如在1/10W/(mK)至1W/(mK)范围内(这些数值适用于所述的整个温度范围)。因为0以颗粒及/或纤维结构形式存在的陶瓷材料容纳于由一个(或多个)难熔金属片组成的外围中，获得模块式构造，这就操作而言、就修复工作而言以及就替换陶瓷材料和/或整个屏蔽组件而言为有利的。特别是，若陶瓷材料上出现老化现象(例如，随时间而加剧分解)，则可将其自外围中移除并替换，而外围可重复使用。在本发明中，与通常使用的辐射板相比，外围的一个(或多个)难熔金属片可具有显著更厚且更稳定的形式，这就屏蔽组件的稳定性及使用寿命而言为有利的。特别地视屏蔽组件的大小来选择外围的一个(或多个)难熔金属片的厚度，厚度优选地随屏蔽组件的大小增加而增加。另外，辐射作用也出现在外围的一个(或多个)难熔金属片上，这对于热屏蔽作用而言为有利的。因此，通过以颗粒结构和/或纤维结构形式存在的陶瓷材料与由一个(或多个)难熔金属片组成的外围的组合可实现极佳屏蔽作用、高能量效率、较长使用寿命、便于维护、便于替换陶瓷材料以及便于替换整个屏蔽组件。特别在高目标温度下的应用，尤其在≥1500℃的目标温度下，优选在≥1700℃的目标温度下，最高至2500℃范围内的目标温度下的应用中，根据本发明的热屏蔽系统优于如上所述的由辐射板或陶瓷砖组成的常见屏蔽系统。

在本发明内容中，“高温炉”(Hochtemperaturoefen)表示设计用于≥1500℃的目标温度、尤其≥1700℃、至多达2500℃的范围的目标温度的熔炉及反应器。此类型高温炉用于例如烧结难熔金属(尤其是基于钼或基于钨的材料)，用于蓝宝石单晶的生长以供用于LED制造等。此处，“目标温度”(“Zieltemperatur”)」表示当温度曲线延伸(例如，可能具有多个坡度的加热阶段；在目标温度下的保持阶段；冷却阶段)中批料空间内部的最大可达温度。根据本发明的热屏蔽系统尤其适用于这样的高温炉，即，其中由于批料空间内部进行的热过程，而有必要放弃使用含碳化合物(尤其是石墨)。此外，根据本发明的热屏蔽系统尤其充分适用于不是以感应方式而是例如使用电(电阻)加热组件进行加热的高温炉。

“外围”(Einfassung)表示优选闭合或者可能也部分开放的容器或将陶瓷材料保持并限定呈热屏蔽组件应有的外部的基本形状的罐体。此处，该基本形状具有由经配置而间隔分开的一个(或多个)难熔金属片决定的较大厚度，以便在其之间形成腔室以容纳陶瓷材料。为了顶侧及/或底侧(相对于高温炉的使用位置)上的热屏蔽，外围可特别分别具有盘状的基本形状(作为顶部部件或作为底部部件)，其内部形成用于容纳陶瓷材料的腔室。为了侧向热屏蔽(相对于高温炉的使用位置)，外围可具有例如中空圆柱形基本形状、中空圆柱形区段基本形状或更一般地以预定延伸高度完全或仅部分地围绕个批料空间的基本形状。就此而言，批料空间的侧向热屏蔽也可包含多个呈单个区段形式的屏蔽组件，其随后在投入使用时经配置而围绕批料空间。外围可具有气密形式，从而避免水分进入和/或避免外围内部形成沉积物。然而，这并非是必需的。更优选地，外围也可能实现气体循环。特别是，外围也可具有一或多个开口，该一或多个开口配置于陶瓷材料无法在屏蔽组件的各种使用位置的情况下逸出的位置。尤其基于高温炉内部进行的制程来权衡何种变型较佳。

在本发明内容中，“难熔金属”(Refraktaermetall)表示熔解温度≥2000℃的金属材料(以基本形式或以合金形式存在，适当时也具有非金属添加剂，例如氧化物、碳化物等)。陶瓷材料可以颗粒或粒状形式存在，尤其是以单个颗粒或粒子组成的床层形式。单个颗粒又可另外亦具有多孔形式。或者，陶瓷材料也可以纤维形式，尤其是以纤维垫形式存在。“基于氧化锆(ZrO2)的材料(Werkstoff aufder Basis von Zirkonoxid(ZrO₂))”为在至少50重量％的程度上，优选在至少80重量％的程度上，更优选在至少90重量％的程度上由氧化锆(精确术语为二氧化锆，亦即ZrO₂)组成的材料，其中也有可能的是:氧化锆(ZrO₂)包含其他化合物成分(例如Si)；锆部分地以另一种的氧化态(作为+IV)存在；锆以稍微不同于恰好+IV的氧化态而存在；和/或陶瓷材料包含其他添加剂。特别是，可向氧化锆(ZrO₂)中添加用于保持高温稳定的添加剂，例如氧化钇、氧化钙、钾等(以至多20重量％，尤其以至多10重量％的份额)。陶瓷材料中不由氧化锆(ZrO2)组成的其余部分特别地与氧化锆一起形成固溶体。然而，另外或作为替代方案，其也可作为游离相及/或作为独立颗粒或纤维存在。氧化锆就其低热传导率及其高温稳定性(其可进一步改良，尤其通过上述添加剂)而言而特别优选。原则上，除陶瓷材料以外，其他组件也可容纳在外围内部。特别地，可在外围内部设置支撑组件、金属片等。优选地仅将以颗粒结构和/或纤维结构形式存在且基于氧化锆的陶瓷材料容纳于外围内部。

根据一种扩展方案，陶瓷材料以单个颗粒组成的床层形式存在。床层因为材料可再使用且适当时材料可再填充至外围中而为优选。此外，床层使得可容易地替换陶瓷材料，因为仅需从外围(其仅在适当时在适合位置处打开)中将其排出且随后可呈床层形式地以新的陶瓷材料填充外围。就达成长期稳定的、低的填充密度而言，若单个颗粒组成的床层具有单峰粒度分布则特别优选。单峰粒度分布应理解为所有单个颗粒具有基本上相同的粒度(在可接受的公差范围内)。床层的平均粒度k尤其在0.1mm≤k≤4mm的范围内。床层优选具有球形或基本呈球形的粒子形状。

根据一种扩展方案，陶瓷材料在≥80重量％的程度上由氧化锆(ZrO₂)组成。特别是，陶瓷材料在≥90重量％的程度上由氧化锆(ZrO₂)组成。如上文所说明，这样高的比例就低热传导率以及高温稳定性而言为有利的。

原则上，对于所述一个(或多个)的难熔金属片而言，特别优选基于Mo(钼)或W(钨)的金属材料(即，在至少50重量％的程度上由Mo组成或在至少50重量％的程度上由W组成)。若屏蔽组件曝露于尤其高的温度，如同例如将其直接配置成与高温炉的批料空间相邻的情况，则由于至少在面向批料空间的一侧上的相对较高的熔化温度，而特别优选基于W的材料(即在至少50重量％的程度上由W组成)尤其较佳。根据一种扩展方案，一个(或多个)难熔金属片在≥98重量％的程度上由W形成，因此，这个(这些)难熔金属片可耐受尤其高的操作温度。相比之下，若一个或多个辐射板配置在批料空间与屏蔽组件之间，则基于Mo的材料(即，在至少50重量％的程度上由Mo组成)也可用于屏蔽组件的所述一个(或多个)难熔金属片。基于Mo的材料具有如下优势：其与基于W的材料相比在制造外围期间可更容易地进行成型及加工。

根据一种扩展方案，该一个(或多个)难熔金属片具有的壁厚d_B在0.25mm≤d_B≤2.5mm范围内，尤其在0.3mm≤d_B≤1.2mm范围内。在这些范围内，以仍可接受的材料成本达成足够机械稳定性。优选视屏蔽组件的大小来选择壁厚。壁厚优选随屏蔽组件的大小增加而增加。

根据一种扩展方案，屏蔽组件具有的厚度d_E在8mm≤d_E≤120mm范围内，尤其在10mm≤d_E≤60mm范围内。一方面就尽可能有效的屏蔽作用而言，且另一方面就形成具有尽可能薄的器壁的屏蔽组件而言，而特别优选这些范围尤。就此而言，在各个观测点垂直于屏蔽组件的主要延伸面来测量“厚度”，其中该主要延伸面可具有平坦或弯曲轮廓。“厚度”一般基本上平行于为所述屏蔽组件所设置的屏蔽方向。

根据一种扩展方案，除屏蔽组件以外，热屏蔽系统包含多个彼此间隔分开的由难熔金属制造的辐射板。适当时，也可仅设置一个辐射板。由这些辐射板(或适当时仅由一个辐射板)提供的屏蔽作用从而可有利地与根据本发明的屏蔽组件提供的屏蔽作用组合。此组合特别为有利的，这是因为根据本发明的屏蔽组件由于填充以颗粒及/或纤维结构形式存在的陶瓷材料而提供相对较高的屏蔽作用，此屏蔽作用尤其在≥1500℃的温度下优于辐射板且在≥1700℃的温度下显著优于辐射板。因此，尤其当屏蔽组件的邻接区域处于此种高温下时，通过屏蔽组件的厚度达成显著温度下降。然而，若仅由(一个)相当厚度构造的屏蔽组件形成热屏蔽系统，则其将具有相对较高热容量，这尤其在热瞬变状态(例如加热及冷却阶段)下就能量效率及热惯性而言是不利的。这是因为屏蔽系统的相对较高热容量可导致调整为期望的目标温度过程中的延迟和/或在短时间内温度上升调整中增加的能量消耗。因此，由屏蔽组件及辐射板组成的序列尤其有利。辐射板优选各自具有主要延伸面，该主要延伸面基本上平行于各个屏蔽组件的至少一个区段的主要延伸面。特别地，辐射板沿屏蔽方向配置成与屏蔽组件相邻，原则上辐射板有可能设置在屏蔽组件内侧(亦即，面向批料空间)及/或外侧(亦即，背向批料空间)上。“辐射板”(Strahlbleche)表示经配置而在使用中间隔分开的多个(至少两个)板。为达成热屏蔽作用，特别利用这个效应，即，辐射板在两面地向两个侧面反射热并因而使温度经辐射板序列后有所下降。因此，单个辐射板的主要延伸面经定向而基本上彼此平行并且也基本上平行于屏蔽组件的主要延伸面，其中就达成足够热屏蔽作用而言，稍微偏离精确平行定向是可接受的。

原则上，所述一个(或多个)辐射板与屏蔽组件可能沿屏蔽方向交替超过一次。举例而言，可沿屏蔽方向首先设置一个或多个辐射板，随后设置屏蔽组件，并随后再设置至少一或多个辐射板。

根据一种扩展方案，所述一个(或多个)辐射板由钼(包含至多达至多2重量％程度的杂质和/或添加剂的纯钼)、由基于钼的合金(即，Mo比例≥50重量％的合金)、由钨(包含至多达至多2重量％程度的杂质和/或添加剂的纯钨)或由基于钨的合金(即，W比例≥50重量％的合金)制造。这些材料经证明尤其适用，其中由钼制造或者替代性地由钨制造的辐射板尤其优选。尤其受各个辐射板在使用期间所处于温度的影响而在一方面的钨(或基于钨的合金)与另一方面的钼(或基于钼的合金)之间作出选择。因此，例如由于在使用中直接邻接或仅经由相对较低的热屏蔽而邻接批料空间，而在使用期间曝露于高温的辐射板优选由钨(或者基于钨的合金)形成。此外，就成本而言且就辐射板的可加工性而言，优选使例如由于在使用期间通过更全面的热屏蔽与批料空间热屏蔽而仅曝露于相对较低温度的辐射板由钼(或者基于钼的合金)形成。

本发明此外还涉及一种高温炉，其包含用于部件的热处理的批料空间以及根据本发明的热屏蔽系统，该热屏蔽系统至少部分围绕该批料空间且在适当时也可根据上文所提及的扩展方案及/或变型中的其中一种或多种来形成。

根据一种扩展方案，该热屏蔽系统包含多个由难熔金属制造的辐射板，这些辐射板在屏蔽方向上(自批料空间的中心向外)彼此间隔分开且在屏蔽方向上经配置而与屏蔽组件相邻。原则上，辐射板有可能设置在相对于屏蔽组件而言的内侧(即，面向批料空间)和/或外侧(即，背向批料空间)上。辐射板优选经配置而处于屏蔽组件背向批料空间的一侧上。如下文中详细说明，可在批料空间内部特别在高温下达成显著优于常规辐射板的屏蔽作用，例如在≥1500℃的温度下，尤其在≥1700℃的温度下。辐射板尤其具有在0.25mm至2.0mm范围内的壁厚。两个相互相邻的辐射板之间的自由空隙特别处于4mm至8mm范围内。屏蔽组件的难熔金属片与其邻接辐射板之间的自由空隙优选也处于此范围内。

根据种扩展方案，在屏蔽方向上与屏蔽组件相邻配置的辐射板的数目a处于1≤a≤7范围内，尤其在2≤a≤5范围内。在此范围内，能够在无需形成具有过大厚度的屏蔽系统的条件下达成足够屏蔽作用。根据一种扩展方案，高温炉具有至少一个电加热组件，尤其是电阻式加热组件，以用于加热批料空间。电加热组件特别配置在热屏蔽系统内部(即，在热屏蔽系统的面向批料空间的一侧上)。根据本发明的热屏蔽系统尤其适用于可电加热的高温炉。

根据一种扩展方案，至少一个屏蔽组件以侧向屏蔽形式构造，至少部分围绕批料空间。所述屏蔽组件可特别具有中空圆柱形的基本形状、中空圆柱形区段的基本形状或更一般地，具有预定高度的、完全或部分围绕批料空间的基本形状。以此方式，可提供在侧向上的空间节约且有效的屏蔽。就此而言，“侧向”(seitlich)及“高度”(Hoehe)涉及到在使用中具有基本上垂直定向的主轴的高温炉。就此而言，应考虑到除使用时配置为“直立式”(stehend)，即具有基本上垂直定向的主轴的高温炉以外，也存在使用时配置为“平放式”(liegend)，即具有实质上水平定向的主轴的高温炉。在后一种平放配置的情况下，也可在很大程度上相应地相对于各个主轴形成屏蔽。在后一种情况下，“侧向”特别是指以主轴径向偏移的位置，且作为高度方向的替代，平行或基本上平行于主轴的方向均适用。

根据一种扩展方案，至少一个屏蔽组件是呈组件的形式，该组件可自该高温炉中以呈模块的形式移出。由于此类型的模块式设计，屏蔽组件可自高温炉中容易地移出，因此能够容易地替换整个屏蔽组件、替换屏蔽组件内部的陶瓷材料和/或将陶瓷材料填充在屏蔽组件内部。

附图说明

基于以下参考附图而对具体实施例的描述，，本发明的其他优势及成效将显而易见。其中:

图1：展示根据第一种实施方式的根据本发明的屏蔽组件的示意性横截面视图；

图2：展示根据第二种实施方式的根据本发明的屏蔽组件的示意性横截面视图；

图3：展示用于说明根据本发明的屏蔽系统的第三种实施方式的示意性高温炉剖面图；

图4：展示用于说明根据本发明的屏蔽系统的第四种实施方式的示意性高温炉剖面图；及

图5：展示用于说明根据本发明的屏蔽系统的第五种实施方式的示意性高温炉剖面图。

具体实施方式

图1展示根据本发明的第一种实施方式的屏蔽组件2。屏蔽组件2具有盘状基本形状。该基本形状通过由一个(或多个)钨片5组成的闭合外围4形成(其中，该外围4不具有气密形式)。盘状腔室6构造于外围4内部且填充有由高温稳定氧化锆(ZrO2)组成的陶瓷床层8，其中，颗粒相对于外围的尺寸比无法准确再现。陶瓷床层8具有单峰粒度分布。床层的平均粒径为2mm。钨片具有1mm的壁厚d_B。屏蔽组件2具有50mm的厚度d_E。所示屏蔽组件2的屏蔽方向r_A经设计平行于针对厚度d_E所示的测量方向。

盘状基本形状尤其设计用于实现底侧和/或顶侧屏蔽。就此而言，屏蔽组件2可单独或者与其他屏蔽组件，例如与辐射板组合使用。盘状基本形状也可具有其他结构和/或开口，以便适应高温炉的组件，例如加热组件、加热组件的连接触点、屏蔽系统的其他组件等。举例而言，屏蔽组件2可具有圆周阶梯或凹槽以接收至少一个其他侧向屏蔽组件。

在说明以下其他实施方式时，主要提供关于与第一种实施方式相比的差异的描述。只要是在表示相同或彼此对应的组件的情况下，部分地使用相同附图标记。

在图2中所示的实施方式中，屏蔽组件2'也具有由一个(或多个)钨片5'组成的闭合外围4'(其中，外围4'不具有气密形式)。与第一种实施方式相反，容纳于外围4'的腔室6'中的由高温稳定氧化锆(ZrO₂)制造的材料是以纤维结构形式存在。该材料特别以纤维垫10'的形式容纳于外围4'中。

在下文中，将参考图3至5说明根据本发明的热屏蔽系统的三个实施方式，该热屏蔽系统在此情况下形成侧向屏蔽。图3展示高温炉12的剖面图。该剖面沿主轴或对称轴16的径向且以及沿其轴向延伸，其中，该示图对应于对称轴16垂直定向或确切地说定向于高度方向的高温炉12的使用位置。所示剖面以径向从设置在批料空间14内部中心的对称轴16经由侧面的热屏蔽系统18延伸直至侧面外壳20为止。外壳20是例如由钢构成。待热处理的组件21示意性地示于批料空间14中。热屏蔽系统18具有侧面的屏蔽组件22。这对应于根据第一种实施方式的屏蔽组件2而设计(参见图1)。侧面的屏蔽组件22特别具有由一个(或多个)钨片组成的外围(未详细图示)，该外围中容纳有高温稳定氧化锆(ZrO₂)组成的床层(未详细图示)。

热屏蔽系统18另外具有多个(此处：4个)辐射板24，这些辐射板在屏蔽方向向彼此间隔分开且在屏蔽方向r_A上经配置而与侧面的屏蔽组件22相邻。辐射板24经配置而处于侧面的屏蔽组件22背向于批料空间14的一侧上。屏蔽组件22围绕批料空间14而形成且沿高度方向延伸预定高度。以逐渐增加的直径大小相应地形成辐射板24。可在屏蔽组件22及辐射板24中设置适当附加结构或贯通开口，例如以适应高温炉12的其他组件(例如加热组件、加热组件的连接触点、进料开口等)。因为批料空间14已被屏蔽组件22热屏蔽，故辐射板24由钼构成便足够。各个单个辐射板24各自具有0.25mm的厚度。侧面的热屏蔽系统18的沿屏蔽方向r_A测量的总厚度d_G为约43mm，侧面的屏蔽组件22沿屏蔽方向r_A的厚度d_E为约19mm。

在说明以下第四及第五种实施方式时，主要提供关于与第三具体实例相比的差异的描述。相同附图标记再次用于相同组件或彼此对应的组件(这些附图标记分别加标有一或两个撇’)。

在图4中所示的第四种实施方式中，多个辐射板24'(此处：4个)配置在侧面的屏蔽组件22'的面向批料空间14'的一侧上。在多个辐射板24'当中，至少那些经配置与批料空间14'直接相邻或仅距批料空间14'较小距离的辐射板(例如前三个)由于此区域中出现的高温而由钨形成。在屏蔽方向r_A上更靠近外侧的辐射板24'(例如其余一个辐射板)可特别由钼形成。侧面的屏蔽组件22'的外围适当时也可由钼形成(替代钨)。

在图5中所示的第五种实施方式中，侧面的热屏蔽系统18"仅由屏蔽组件22"形成，即不再设置额外的辐射板。屏蔽组件22"沿屏蔽方向r_A具有43mm的相应较大厚度d_E。

关于可实现根据本发明的屏蔽系统的各种变型，就屏蔽作用及使用特性而言将考虑以下各点：

以颗粒结构和/或纤维结构形式存在的基于氧化锆(ZrO₂)的陶瓷材料具有相对较低热传导率(例如与难熔金属相比)。尤其在高温下，特别在≥1500℃的温度下，更优选在≥1700℃的温度下，屏蔽组件的屏蔽作用显著优于具有相应总厚度的辐射板序列。这意味着，在邻接屏蔽组件的区域(例如批料空间)的相应高温下以稳定状态使用时，可通过屏蔽组件的厚度达成相对较大的温度下降，且用于保持稳定状态的能量消耗相对较低。因而也可将批料空间内部出现的温度梯度减至最小，此尤其对于关键制程为有利的。然而，相比而言，屏蔽组件与延伸相应厚度的辐射板序列相比具有较高热容量。若应在短时间内调整温度变化，则会由此导致延迟且可能导致加热阶段期间的能量消耗增加。

根据上文所论述的特性，提供一个或多个屏蔽组件而不将其与辐射板组合可得到许多优势，尤其是对于必须将温度在较高值(例如≥1500℃，尤其≥1700℃)稳定或基本上稳定地保持相对较长时间的高温炉而言。举例而言，制造蓝宝石单晶时就是这种情况。

在分别具有相对较短持续时间且相继进行的热过程的情况下，和/或当设定多阶段温度分布的情况下，在热瞬变状态下相对频繁地进行操作。举例而言，用于难熔金属的烧结炉也就是这种情况。对于这些应用，就降低热屏蔽系统的热容量而言，若将屏蔽组件与辐射板组合，则为有利的。以此方式，有可能降低在相对较短时间内增高温度所需的能量消耗。然而，此类型组合对于以上说明的必须保持温度在较高值(例如≥1500℃，尤其≥1700℃)下稳定或实质上稳定持续相对较长时间的使用条件也得到许多优势，且因此也非常适于这些使用条件。

应考虑到在相对较低温度(例如500℃)下且鉴于相同屏蔽厚度，由在辐射板情况下占主导地位的放射所形成的热流量低于由在屏蔽组件情况下占主导地位的热传导所形成的热流量。因此，在相对较低温度下(例如在500℃范围内的温度下)，辐射板序列的屏蔽作用优于相应厚度的屏蔽组件的屏蔽作用。也为此，屏蔽组件与辐射板的组合尤其有利。关于上文所说明的关系，若屏蔽组件经配置与批料空间直接相邻且辐射板序列配置在屏蔽组件的背向批料空间的一侧上，则为有利的。

此外应考虑到在辐射板屏蔽的情况下，与屏蔽组件的情况相比，热流量在增加的温度下显著更大地增加。这引起屏蔽组件的极佳屏蔽作用，尤其在高温(例如≥1500℃，尤其≥1700℃)下。因此，当使用屏蔽组件与辐射板的组合时，特别优选使屏蔽组件经配置与高温(例如≥1500℃，尤其≥1700℃)区域相邻，尤其是与批料空间相邻。

也可通过分析计算与数值计算来验证所示的关系。

Claims

1.一种热屏蔽系统，所述热屏蔽系统用于热屏蔽高温炉(12；12'；12")的批料空间(14；14'；14")，所述热屏蔽系统包含至少一个屏蔽组件(2；2'；22；22'；22")，其特征在于，所述屏蔽组件(2；2'；22；22'；22")具有由一个或多个难熔金属片(5；5')组成的外围(4；4')及以颗粒结构和/或纤维结构形式存在且基于氧化锆(ZrO₂)的陶瓷材料(8；10')，所述陶瓷材料容纳于所述外围(4；4')中。

2.根据权利要求1所述的热屏蔽系统，其特征在于，所述陶瓷材料以单个颗粒组成的床层(8)的形式存在。

3.根据权利要求2所述的热屏蔽系统，其特征在于，单个颗粒组成的所述床层(8)具有单峰粒度分布。

4.根据上述权利要求中任一项所述的热屏蔽系统，其特征在于所述陶瓷材料(8；10')由≥80重量％的份额的氧化锆(ZrO₂)组成。

5.根据上述权利要求中的任一项所述的热屏蔽系统，其特征在于，所述单个或多个难熔金属片(5；5')由≥98重量％的份额的钨形成。

6.根据上述权利要求中的任一项所述的热屏蔽系统，其特征在于，所述单个或多个难熔金属片(5；5')具有壁厚d_B，其中0.25mm≤d_B≤2.5mm。

7.跟据上述权利要求中的任一项所述的热屏蔽系统，其特征在于，所述屏蔽组件(2；2'；22；22'；22")具有厚度d_E，所述厚度在8mm≤d_E≤120mm范围内。

8.根据上述权利要求中的任一项所述的热屏蔽系统，其特征在于除所述屏蔽组件(22；22')以外，所述热屏蔽系统还包含多个间隔分开的辐射板(24；24')，所述多个辐射板由难熔金属制造。

9.根据权利要求8所述的热屏蔽系统，其特征在于所述辐射板(24；24')由钼、由基于钼的合金、钨或由基于钨的合金制造。

10.一种高温炉，所述高温炉包含用于部件的热处理的批料空间(14；14'；14")，所述高温炉以上述权利要求中任一项所述的热屏蔽系统(18；18'；18")为特征，所述热屏蔽系统至少部分围绕所述批料空间(14；14'；14")。

11.根据权利要求10所述的高温炉，其特征在于，所述热屏蔽系统(18；18'；18")包含多个由难熔金属制造的辐射板(24；24')，所述辐射板在屏蔽方向(r_A)上间隔分开且经配置在所述屏蔽方向(r_A)上与所述屏蔽组件(22；22')相邻。

12.根据权利要求11所述的高温炉，其特征在于所述辐射板(24)经配置以处于所述屏蔽组件(22)的背向所述批料空间(14)的一侧上。

13.根据权利要求11或12所述的高温炉，其特征在于，经配置而在所述屏蔽方向(r_A)上与所述屏蔽组件(22；22')相邻的辐射板(24；24")的数目a处于1≤a≤7范围内。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的高温炉，所述高温炉以至少一个用于加热所述批料空间(14；14'；14")的电加热组件为特征，所述电加热组件经配置处于所述热屏蔽系统(18；18'；18")内部。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的高温炉，其特征在于，至少一个屏蔽组件(2；2'；22；22'；22")呈组件的形式，所述组件能够自该高温炉(12；12'；12")中以呈模块的形式移出。