CN106017071A - 一种真空炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空炉，包括真空腔室，其底部设置凹槽型水冷套，凹槽型水冷套的凹槽底部有放置工件的载物台，所述凹槽型水冷套的凹槽侧壁和凹槽底部依次排列的加热组件对该工件进行加热；所述凹槽型水冷套用于冷却所述加热组件；为了冷却工件，在凹槽内还设置有环绕工件的环形制冷部件，其上设置有多个排气孔。本发明通过所述第一气体冷却装置经由所述管道向所述环形制冷部件通入第一冷却气体，并通过所述排气孔排出以冷却所述工件，由于输入到工件处的气体是冷却后的气体，因此比直接输出氮气的冷却时间短，冷却效率要高。

Description

一种真空炉
技术领域
本申请涉及一种真空设备，尤其涉及一种真空炉。
背景技术
随着科学技术的不断发展，真空技术也得到了飞速的发展，真空设备的种类也越来越多，人们也享受到了真空技术带来的各种便利。
在目前的真空炉中，若要对工件进行加热，则直接使用加热组件对真空腔室里面的工件进行加热。而若要对工件进行降温，则通入氮气对其进行冷却，但是氮气冷却时间长，降温效率低，通常要10个小时以上才能达到要求。
发明内容
本发明了提供了一种真空炉，以解决现有的真空炉降温效率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种真空炉，包括：
真空腔室，所述真空腔室的一外壁上开设有腔门；
凹槽型水冷套，位于所述真空腔室底部，所述凹槽型水冷套的凹槽开口对应所述腔门；所述凹槽型水冷套的凹槽中依次排列有加热组件，以对工件进行加热；所述凹槽型水冷套用于冷却所述加热组件；
载物台，位于所述凹槽型水冷套的凹槽底部，用于放置所述工件；
环形制冷部件，位于所述凹槽型水冷套中的凹槽内；所述环形制冷部件上设置有多个排气孔；
所述环形制冷部件和第一冷却装置通过管道连接，通过所述第一气体冷却装置经由所述管道向所述环形制冷部件通入第一冷却气体，并通过所述排气孔排出以冷却所述工件。
优选的，所述环形制冷部件包括第一环状结构和第二环状结构，所述第一环状结构和所述第二环状结构由连接杆连接；
所述第一环状结构和所述第二环状结构上设置有所述排气孔。
优选的，所述第一冷却气体的流量范围是：50sccm/min～500sccm/min，所述第一冷却气体的输出时间≤1.5小时。
优选的，所述工件的温度控制需要满足以下条件：
所述工件的降温范围在600℃～500℃时，时间≤30min，所述第一冷却气体的流量为50sccm/min；
所述工件的降温范围在500℃～200℃，时间≤30min，所述第一冷却气体的流量为300sccm/min；
所述工件的降温范围在200℃～25℃；时间≤30min，所述第一冷却气体的流量为500sccm/min。
优选的，所述真空腔室连接有第二气体冷却装置和抽真空装置；
所述第二气体冷却装置用于向所述真空腔室通入第二冷却气体；
所述抽真空装置用于对所述真空腔室进行抽真空处理。
优选的，所述工件的温度控制需要满足以下条件：
所述工件的降温范围在600℃～500℃时，时间≤30min，所述第二冷却气体的流量为50sccm/min；
所述工件的降温范围在500℃～200℃，时间≤30min，所述第二冷却气体的流量为300sccm/min；
所述工件的降温范围在200℃～25℃；时间≤30min，所述第二冷却气体的流量为500sccm/min。
优选的，所述凹槽型水冷套为中空结构；
所述凹槽型水冷套和第三气体冷却装置连接；
所述第三气体冷却装置用于向所述凹槽型水冷套通入第三冷却气体。
优选的，所述凹槽型水冷套和液体冷却装置之间设置有冷却液通入回路和冷却液流出回路；
所述液体冷却装置经由所述冷却液通入回路将冷却液送入所述凹槽型水冷套的内部，再经由所述冷却液流出回路回流至所述冷却装置循环利用。
优选的，所述冷却液流出回路上设置有排气排水阀，用于排出所述第三冷却气体和/或所述冷却液；
当所述第三气体冷却装置向所述凹槽型水冷套通入所述第三冷却气体时，可推动所述凹槽型水冷套中的冷却液通过所述排气排水阀排出；
当所述液体冷却装置向所述凹槽型水冷套通入所述冷却液时，可推动所述凹槽型水冷套中的所述第三冷却气体通过所述排气排水阀排出。
优选的，所述凹槽型水冷套的温度控制需要满足以下条件：
所述凹槽型水冷套的降温范围在600℃～500℃时，时间≤30min，所述第三冷却气体的流量为50sccm/min；
所述凹槽型水冷套的降温范围在500℃～200℃，时间≤30min，所述第三冷却气体的流量为300sccm/min；
所述凹槽型水冷套的降温范围在200℃～25℃；时间≤30min，所述第三冷却气体的流量为500sccm/min。
通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：
本发明公开了一种真空炉，包括真空腔室，其底部设置凹槽型水冷套，凹槽型水冷套的凹槽底部有放置工件的载物台，所述凹槽型水冷套的凹槽侧壁和凹槽底部依次排列的加热组件对该工件进行加热；所述凹槽型水冷套用于冷却所述加热组件；为了冷却工件，在凹槽内还设置有环绕工件的环形制冷部件，其上设置有多个排气孔。本发明通过所述第一气体冷却装置经由所述管道向所述环形制冷部件通入第一冷却气体，并通过所述排气孔排出以冷却所述工件，由于输入到工件处的气体是冷却后的气体，因此比直接输出氮气的冷却时间短，冷却效率要高。
附图说明
图1为本发明实施例中真空炉的结构示意图；
图2为本发明实施例中环形制冷部件的结构示意图。
附图标记说明：真空腔室1，腔门2，凹槽型水冷套3，载物台4，工件5，加热组件6，环形制冷部件7，第二气体冷却装置8，第三气体冷却装置9，第一气体冷却装置10，液体冷却装置11，排气排水阀12，抽真空装置13，充气装置14。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
在本发明实施例中，提供了一种真空炉。本发明的真空炉主要的用途是：在高真空状态下，快速加热工件5，进行真空除气、真空退火等工序，处理完成后，使工件5快速降温到常温。
为了节约真空炉的空间，真空炉采用单真空结构，在真空腔室中直接对工件5进行快冷快热处理。
下面请参看图1，具体介绍真空炉的结构。
真空炉具有一真空腔室，该真空腔室1的一外壁上开设有腔门2。在抽真空之前，需关闭腔门2然后进行抽真空处理。真空腔室1可以连接操作箱，操作箱可以是任何需要连接真空炉的设备箱，在本发明实施例中，操作箱以手套箱为例。真空腔室1的工作真空度2～25Pa。
真空腔室可为任意中空形状,例如圆柱体,或者长方体等等。目前以圆柱体真空腔室为主，本发明的真空腔室的尺寸可达Φ250*100mm(直径250，高度100)。
另外，真空腔室1连接有第二气体冷却装置8和抽真空装置13。所述抽真空装置13用于对所述真空腔室1进行抽真空处理。抽真空装置13包括：干泵、分子泵、真空阀、高低真空规管、管道等等，在实际应用中抽真空装置13可根据实际情况选用合适的部件，在此本发明不做限制和赘述。
所述第二气体冷却装置8和真空腔室1通过管道连接，且管道上设置有控制冷却气体流量的阀门，该阀门可为气动控制阀门。
第二气体冷却装置8用于向所述真空腔室1通入第二冷却气体，第二冷却气体可以是冷却后的氩气和/或氮气。本实施例以冷却后的Ar(氩气)为例。另外，在本发明实施例中涉及到了多个冷却装置，其输出的冷却气体(如第一冷却气体、第三冷却气体)都是冷却后的氩气和/或氮气。冷却后的氩气和/或氮气的温度范围是-120℃～-140℃。
为了冷却工件5，第二气体冷却装置8通入的第二冷却气体的流量控制在50sccm/min～500sccm/min，所述第二冷却气体的输出时间≤1.5小时，使工件5从600℃降低到室温(25℃)。
所述工件5的温度控制需要满足以下条件：
所述工件5的降温范围在600℃～500℃时，时间≤30min，所述第二冷却气体的流量为50sccm/min；
所述工件5的降温范围在500℃～200℃，时间≤30min，所述第二冷却气体的流量为300sccm/min；
所述工件5的降温范围在200℃～25℃；时间≤30min，所述第二冷却气体的流量为500sccm/min。
凹槽型水冷套3，位于所述真空腔室1底部。
所述凹槽型水冷套3的凹槽开口对应所述腔门2。另外，载物台4位于所述凹槽型水冷套3的凹槽底部，用于放置工件5，使得所述工件5处于所述凹槽型水冷套3的凹槽空间内。这样的设计，在开启腔门2之后便可以放置或取出工件5，方便快捷。
为了加热工件5，所述凹槽型水冷套3的凹槽内壁和凹槽底部依次排列有加热组件6。即：加热组件6依次排列在凹槽型水冷套3的整个凹槽中，用于对工件5进行加热，加热的温度最高可为600℃。升温速率，100度/分钟。降温速率，100度/分钟(100度以上时)。温度均匀性±10℃，控温精度±1℃。
对于加热组件6的数目，本发明不做限制，只要依次排列在凹槽型水冷套3的凹槽中，保证对工件5进行均匀加热即可。加热组件6可以使用钨、钼等金属，当然也可以为其他。
所述凹槽型水冷套3主要用于冷却所述加热组件6。下面具体介绍凹槽型水冷套3的结构。
所述凹槽型水冷套3为中空结构，该中空结构为水气双通结构，即：该中空结构即可以通入冷却液对加热组件6进行冷却，也可以通入冷却气体对加热组件6进行冷却。
具体来说，所述凹槽型水冷套3和第三气体冷却装置9连接，所述第三气体冷却装置9用于向所述凹槽型水冷套3通入冷却气体。第三气体冷却装置9通过管道和凹槽型水冷套3连接，且管道上设置有控制冷却气体流量的阀门，该阀门可为气动控制阀门。
所述凹槽型水冷套3和液体冷却装置11之间设置有冷却液通入回路和冷却液流出回路；所述液体冷却装置11经由所述冷却液通入回路将冷却液送入所述凹槽型水冷套3的内部，再经由所述冷却液流出回路回流至所述冷却装置循环利用。
另外，所述冷却液流出回路上设置有排气排水阀12，用于排出所述第三冷却气体和/或所述冷却液。
例如，若之前凹槽型水冷套3中充入了冷却液，此时需要通入第三冷却气体对加热组件6进行冷却，当所述第三气体冷却装置9向所述凹槽型水冷套3通入所述第三冷却气体时，可推动所述凹槽型水冷套3中原来的冷却液通过所述排气排水阀12排出，使得凹槽型水冷套3中全部充入第三冷却气体。
反之，若之前凹槽型水冷套3中充入了第三冷却气体，此时需要通入冷却液对加热组件6进行冷却，当所述液体冷却装置11向所述凹槽型水冷套3通入所述冷却液时，可推动所述凹槽型水冷套3中的所述第三冷却气体通过所述排气排水阀12排出，使得凹槽型水冷套3中全部充入冷却液。
为了冷却工件5，第三气体冷却装置9通入的第三冷却气体的流量控制在50sccm/min～500sccm/min，所述第三冷却气体的输出时间≤1.5小时，使工件5从600℃降低到室温(25℃)。
所述凹槽型水冷套3的温度控制需要满足以下条件：
所述凹槽型水冷套3的降温范围在600℃～500℃时，时间≤30min，所述第三冷却气体的流量为50sccm/min；
所述凹槽型水冷套3的降温范围在500℃～200℃，时间≤30min，所述第三冷却气体的流量为300sccm/min；
所述凹槽型水冷套3的降温范围在200℃～25℃；时间≤30min，所述第三冷却气体的流量为500sccm/min。
下面介绍环形制冷部件7，位于所述凹槽型水冷套3中的凹槽空间内，且所述环形制冷部件环绕所述工件，环形制冷部件主要用于冷却所述工件5。
具体来说，参看图2，环形制冷部件7的框架结构类似圆筒状结构。
环形制冷部件7，包括第一环状结构和第二环状结构，所述第一环状结构和所述第二环状结构相对，并且由连接杆固定连接；
所述第一环状结构和所述第二环状结构上设置有排气孔，排气孔的数目不定。
环形制冷部件7和第一气体冷却装置10通过管道连接。该管道有两个作用，第一个作用是：所述第一气体冷却装置10通过所述管道向所述环形制冷部件7通入冷却气体。第二个作用是：对环形制冷部件7起支撑作用，使环形制冷部件7固定环绕工件5周围。管道上设置有控制冷却气体流量的阀门，该阀门可为气动控制阀门。
具体来说，所述环形制冷部件7上设置有多个排气孔，当第一气体冷却装置10输出第一冷却气体之后，则通过排气孔喷出以冷却工件5。排气孔的数目本发明不做限制。
在冷却该工件5时，由于工件5的降温速度和第一冷却气体的流量相关。因此，本发明将第一冷却气体的流量范围控制在50sccm/min～500sccm/min(本发明的范围都包含端点值)。所述第一冷却气体的输出时间≤1.5小时，使工件5从600℃降低到室温(25℃)。
当然，由于本发明为单腔室结构，因此，为了保证真空腔室1各处的冷却温度一致，本发明的第一气体冷却装置10、第二气体冷却装置8、第三气体冷却装置9的冷却气体的流量都可以控制在50sccm/min～500sccm/min。
另外，为了保证工件5的快速、均匀冷却，且防止工件5冷却时炸裂影响设备，本发明还对工件5的温度范围的降温条件进行了控制，具体参看下面的范围：
所述工件5的降温范围在600℃～500℃时，时间≤30min，所述第一冷却气体的流量为50sccm/min；
所述工件5的降温范围在500℃～200℃，时间≤30min，所述第一冷却气体的流量为300sccm/min；
所述工件5的降温范围在200℃～25℃；时间≤30min，所述第一冷却气体的流量为500sccm/min。
当然，此范围也适应于其他的气体冷却装置的冷却气体的流量和冷却时间。
真空腔室1在降温时，从600℃降温到25℃，最多只需要1.5小时，降温速度快，能够达到快冷的效果。
另外，本发明的真空炉还包括充气装置14，用于对真空腔室1内部进行充气，使真空腔室1内部保持平衡。
通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
本发明公开了一种真空炉，包括真空腔室，其底部设置凹槽型水冷套，凹槽型水冷套的凹槽底部有放置工件的载物台，所述凹槽型水冷套的凹槽侧壁和凹槽底部依次排列的加热组件对该工件进行加热；所述凹槽型水冷套用于冷却所述加热组件；为了冷却工件，在凹槽内还设置有环绕工件的环形制冷部件，其上设置有多个排气孔。本发明通过所述第一气体冷却装置经由所述管道向所述环形制冷部件通入第一冷却气体，并通过所述排气孔排出以冷却所述工件，由于输入到工件处的气体是冷却后的气体，因此比直接输出氮气的冷却时间短，冷却效率要高。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种真空炉，其特征在于，包括：
真空腔室，所述真空腔室的一外壁上开设有腔门；
凹槽型水冷套，位于所述真空腔室底部，所述凹槽型水冷套的凹槽开口对应所述腔门；所述凹槽型水冷套的凹槽内壁和凹槽底部依次排列有加热组件，以对工件进行加热；所述凹槽型水冷套用于冷却所述加热组件；
载物台，位于所述凹槽型水冷套的凹槽底部，所述载物台上放置所述工件，使得所述工件处于所述凹槽型水冷套的凹槽空间内；
环形制冷部件，位于所述凹槽型水冷套中的凹槽空间内，且所述环形制冷部件环绕所述工件；所述环形制冷部件上设置有多个排气孔；
所述环形制冷部件和第一冷却装置通过管道连接，通过所述第一气体冷却装置经由所述管道向所述环形制冷部件通入第一冷却气体，并通过所述排气孔排出以冷却所述工件。
2.如权利要求1所述的真空炉，其特征在于，所述环形制冷部件包括第一环状结构和第二环状结构，所述第一环状结构和所述第二环状结构由连接杆连接；
所述第一环状结构和所述第二环状结构上设置有所述排气孔。
3.如权利要求1所述的真空炉，其特征在于，所述第一冷却气体的流量范围是：50sccm/min～500sccm/min，所述第一冷却气体的输出时间≤1.5小时。
4.如权利要求3所述的真空炉，其特征在于，所述工件的温度控制需要满足以下条件：
所述工件的降温范围在600℃～500℃时，时间≤30min，所述第一冷却气体的流量为50sccm/min；
所述工件的降温范围在500℃～200℃，时间≤30min，所述第一冷却气体的流量为300sccm/min；
所述工件的降温范围在200℃～25℃；时间≤30min，所述第一冷却气体的流量为500sccm/min。
5.如权利要求1所述的真空炉，其特征在于，
所述真空腔室连接有第二气体冷却装置和抽真空装置；
所述第二气体冷却装置用于向所述真空腔室通入第二冷却气体；
所述抽真空装置用于对所述真空腔室进行抽真空处理。
6.如权利要求5所述的真空炉，其特征在于，所述工件的温度控制需要满足以下条件：
所述工件的降温范围在600℃～500℃时，时间≤30min，所述第二冷却气体的流量为50sccm/min；
所述工件的降温范围在500℃～200℃，时间≤30min，所述第二冷却气体的流量为300sccm/min；
所述工件的降温范围在200℃～25℃；时间≤30min，所述第二冷却气体的流量为500sccm/min。
7.如权利要求1所述的真空炉，其特征在于，所述凹槽型水冷套为中空结构；
所述凹槽型水冷套和第三气体冷却装置连接；
所述第三气体冷却装置用于向所述凹槽型水冷套通入第三冷却气体。
8.如权利要求7所述的真空炉，其特征在于，所述凹槽型水冷套和液体冷却装置之间设置有冷却液通入回路和冷却液流出回路；
所述液体冷却装置经由所述冷却液通入回路将冷却液送入所述凹槽型水冷套的内部，再经由所述冷却液流出回路回流至所述冷却装置循环利用。
9.如权利要求8所述的真空炉，其特征在于，所述冷却液流出回路上设置有排气排水阀，用于排出所述第三冷却气体和/或所述冷却液；
当所述第三气体冷却装置向所述凹槽型水冷套通入所述第三冷却气体时，可推动所述凹槽型水冷套中的冷却液通过所述排气排水阀排出；
当所述液体冷却装置向所述凹槽型水冷套通入所述冷却液时，可推动所述凹槽型水冷套中的所述第三冷却气体通过所述排气排水阀排出。
10.如权利要求7所述的真空炉，其特征在于，所述凹槽型水冷套的温度控制需要满足以下条件：
所述凹槽型水冷套的降温范围在600℃～500℃时，时间≤30min，所述第三冷却气体的流量为50sccm/min；
所述凹槽型水冷套的降温范围在500℃～200℃，时间≤30min，所述第三冷却气体的流量为300sccm/min；
所述凹槽型水冷套的降温范围在200℃～25℃；时间≤30min，所述第三冷却气体的流量为500sccm/min。
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