CN106152775A - 一种真空管式炉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空管式炉系统，包括依次连通的工作管、波纹管和四通管，工作管一端通过进气端接头连接进气管道，工作管另一端通过抽气端接头连接波纹管，所述工作管、波纹管和四通管形成的通路由四通管分成两条支路，第一条支路通过开关阀和三通管连接到真空泵，第二条支路通过缓冲过滤器、针阀、电磁阀和三通管连接到真空泵；还包括用于测量通路内气压的气压计和电路自动控制系统。本发明真空管式炉系统采用两路抽气通道，抽气能力可以实现宽范围调节，气压可以在较宽的范围内得到精确控制；另外，本系统利用电磁阀和缓冲过滤器实现气压的自动控制和调节；本发明真空管式炉系统气密性好、气压控制精确，可用于富含粉尘的气氛。

Description

一种真空管式炉系统
技术领域
本发明涉及一种真空管式炉系统，属于材料制备和气氛热处理的装置领域。
背景技术
真空管式炉系统在纳米材料制备、材料的气氛处理和真空退火等领域被广泛使用。真空管式炉系统是物理气相沉积和化学气相沉积制备纳米材料最常用的设备之一，好的真空管式炉系统要求密封好、调节精确、稳定性高、工作管更换方便等特征。
现有的技术主要采用两类不同的抽气通道，一类以标准的KF16或KF25通径，通常用于高真空的条件，在低真空控制精度较差；另一类以塑料管道连接，只能达到较低的真空度。而在实际应用中，经常需要宽范围的调节，条件差异较大时只能更换不同的抽气通道，带来实验操作的不便以及生长参数的差异。现有技术的工作管接口采用定制的零件，通用性差、成本高、精度较差，气密性也较差。在实际使用中，气压主要靠人工调节阀的开启状态控制，气压精度和稳定性差，需要反复调节才能维持特定的气压。此外，在气氛含有粉尘的环境中，粉尘容易堵塞管道，造成针阀等狭窄处堵塞，甚至使用2-3次就需要拆卸针阀进行清理，这样不仅较为繁琐，而且实验装置重新连接后影响气密性，也有可能会造成了具体仪器参数的变动，从而影响装置的精确度。
鉴于以上现有技术的不足，本发明公开了一种真空管式炉系统。本系统采用KF法兰短接头作为工作管接头，并利用O环密封；利用两路抽气通道实现宽范围调节；利用电磁阀和缓冲器实现气压的自动控制和调节。同传统方法相比，本管式炉系统具有成本低、密封性好、控制精确、可适用于粉尘气氛等优点。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种真空管式炉系统，该真空管式炉系统不仅密封性好，还能实现工作管内气压的自动控制和精确调节。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种真空管式炉系统，包括依次连通的工作管、波纹管和四通管，所述工作管一端通过进气端接头连接进气管道，所述工作管另一端通过抽气端接头连接波纹管，所述工作管、波纹管和四通管形成的通路由四通管分成两条支路，第一条支路通过开关阀和三通管连接到真空泵，第二条支路通过缓冲过滤器、针阀、电磁阀和三通管连接到真空泵；还包括用于测量通路内气压的气压计和用于控制电磁阀启闭的电路自动控制系统。
其中，所述缓冲过滤器的容积为250～500毫升，所述缓冲过滤器采用O环密封。
其中，所述缓冲过滤器中缓冲过滤纤维的体积为缓冲过滤器容积的1/10～1/3。
其中，所述工作管为石英玻璃工作管。
其中，所述进气端接头和抽气端接头为KF25、KF40或KF50的KF真空法兰接头，所述接头接口处内径为25、40或50毫米，长度为20-40毫米，接头采用O形环密封。
其中，所述波纹管、四通管、开关阀和三通管为KF16或KF25的KF真空法兰接头，所述接头接口处内径为16或25毫米，接头采用O形环密封。
与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果是：
首先，本发明真空管式炉系统采用两路抽气通道，抽气能力可以实现宽范围调节，气压可以在较宽的范围内得到精确控制；
其次，本发明真空管式炉系统利用电磁阀和缓冲过滤器实现气压的自动控制和调节，电磁阀能够根据气压设定值自动开启或关闭，缓冲过滤器不仅能够很好的过滤粉尘，还能大大减小电磁阀开启或关闭时的气压波动；
最后，本发明真空管式炉系统气密性好、气压控制精确、可自动控制、操作简便，可极大提高系统控制的精度和实验的重复性，特别适用于含粉尘气体或加热时高饱和蒸压的固体。
附图说明
图1为本发明真空管式炉系统的结构示意图；
图2为本发明真空管式炉系统局部放大示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。
如图1～2所示，本发明真空管式炉系统，包括依次连通的工作管1、波纹管12和四通管5，工作管1一端通过进气端接头2连接进气管道，工作管1另一端通过抽气端接头3连接波纹管12，工作管1、波纹管12和四通管5形成的通路由四通管5分成两条支路，第一条支路通过开关阀(球阀)6和三通管7连接到真空泵8，第二条支路通过缓冲过滤器11、针阀10、电磁阀9和三通管7连接到真空泵8；本发明真空管式炉系统还包括气压计4，气压计4用于测量通路内的气压；本发明真空管式炉系统还包括电路自动控制系统，电路自动控制系统根据气压设定值自动控制电磁阀9的启闭。
本发明真空管式炉系统，包括工作管1，材质为石英玻璃，外径45.0毫米，内径40.0毫米，误差正负0.2毫米，工作管1利用KF法兰短接头作为工作管1接头，并利用O环密封；进气端接头2；抽气端接头3，抽气端接头3与工作管1连接处配件的规格为KF50，抽气端接头3与波纹管12连接处配件的规格为KF16；真空计4，把气压转化为电压信号并显示出来；四通管5，规格为KF16；开关阀6，接口为KF16的球阀，开关的时候可以把附在阀中的粉尘刮掉；三通管7接口为KF16；真空机械泵8接口为KF25，并通过变径接头转为KF16；电磁阀9，接口为2分内螺纹，其开关由连接真空计4的电路控制；针阀10，接口为6毫米卡套或2分螺纹，接口和电磁阀匹配；缓冲过滤器11，缓冲过滤器11的容积为250～500毫升，采用O环密封，缓冲过滤器11中缓冲过滤纤维的体积含量为1/10～1/3，气体进口插入过滤纤维中，出口设置在过滤纤维上，缓冲过滤器11一方面用于过滤粉尘，另一方面充当缓冲容器用于精确控制气压；波纹管12，接口为KF16。
进气端接头2内部结构如图2所示，2A为KF50短接头，内径50.0毫米，长30毫米，因此其内径比工作管1外径大5.0毫米；2C为O环，外径内径43毫米，线径3.1毫米，材质为氟橡胶，其内径略小于工作管1外径，因此可紧套在工作管1外，O环2C套在工作管1上后，其外径比接头2A和工作管1之间的缝隙(5.0毫米)大0.8毫米，因此O环2C小幅度变形产生密封；2B为固定圈，外径49.5-50毫米，内径45毫米，高度5-10毫米，材质为聚四氟乙烯，以防止O环2C发生扭曲以及接头2A晃动；2D为KF50盲板，上面焊接两个6毫米卡套接口，用于进气；2E为焊接于2D上的两个6毫米卡套接头；本实施例中用一抛光不锈钢管插入2E中，并用O环密封，不锈钢管可以用于进气，并可以来回拉倒，用于移动工作管1内样品位置；2G为连接2A和2D的支撑圈和O环，规格为KF50。抽气端接头3的密封结构和进气端接头2相同，仅把2D和附属零件换成KF50转KF16接头。
本发明真空管式炉系统中，四通管5、开关阀6和三通管7构成通径为16毫米的快速抽气通道，用于气压较低的场合以及快速降低气压；缓冲过滤器11、针阀10和电磁阀9构成慢速抽气通道，用于气压较高的场合或精确控制气压。工作时先由快速通道抽气，排出系统内杂质气体，然后关闭开关阀6，由慢速抽气通道精确控制气压。真空计4把气压变成电压信号后，如果高于设定气压P，则自身继电器接通，打开电磁阀9开始抽气；若低于设定气压P则关闭电磁阀9停止抽气。缓冲过滤器11用于减小电磁阀9开关转换时气压波动，否则电磁阀9开启时气压不断下降，关闭时气压不断上升，导致工作管1内气压剧烈反复波动，虽然电磁阀9频繁开关能小幅度减小波动，但过频的开关会大幅度降低电磁阀9寿命。加入缓冲过滤器11后，电磁阀9开启时先对缓冲过滤器11抽气，缓冲过滤器11和工作管1间压强差较小，工作管1气压缓慢下降；电磁阀9关闭时，工作管1不断向缓冲过滤器11重启，工作管1气压缓慢上升；因此减小了工作管1中的气压波动。显然，缓冲过滤器11容积较大时气压波动更小，但达到稳态时间延长，因此缓冲过滤器11的容积为250～500毫升为最优选择。针阀10用于控制慢速抽气通道的最大抽速，需要时可以关闭此路抽气，或调节开启角度用于精确调节气压。
本发明真空管式炉系统，系统漏率＜2*10-6L.Pa.S-1，使用4L真空泵8极限气压小于0.2Pa，工作中设定气压为1000Pa时气压波动＜1％。因此本发明真空管式炉系统不仅成本较低，而且气密性好，控制精确，气压波动小。当进气端接头2或抽气端接头3换成KF40标准法兰，或零件12、4、5、6、7接口标准换成KF25规格时具有同样良好的性能。
本发明真空管式炉系统采用两路抽气通道，抽气能力可以实现宽范围调节，气压可以在较宽的范围内得到精确控制；本系统利用电磁阀9和缓冲过滤器11实现气压的自动控制和调节，电磁阀9能够根据气压设定值自动开启或关闭，缓冲过滤器11不仅能够很好过滤粉尘，也大大减小电磁阀9开或关状态间的气压波动。例如在管式炉中使用硫粉时，硫粉在加热时变为硫蒸气，在较冷管道内沉积，容易堵塞管道，特别是针阀10处通道较小，抽气时针阀10出口端气体膨胀降温，尤其容易硫沉积，导致气压升高，甚至完全堵死针阀10，在使用缓冲过滤器11后，硫被很好的过滤，气压在整个过程中可以保持稳定。本发明真空管式炉系统具有密封性好、控制精确、可适用于粉尘气氛等优点。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种真空管式炉系统，其特征在于：包括依次连通的工作管、波纹管和四通管，所述工作管一端通过进气端接头连接进气管道，所述工作管另一端通过抽气端接头连接波纹管，所述工作管、波纹管和四通管形成的通路由四通管分成两条支路，第一条支路通过开关阀和三通管连接到真空泵，第二条支路通过缓冲过滤器、针阀、电磁阀和三通管连接到真空泵；还包括用于测量通路内气压的气压计和用于控制电磁阀启闭的电路自动控制系统。
2.根据权利要求1所述的真空管式炉系统，其特征在于：所述缓冲过滤器的容积为250～500毫升，所述缓冲过滤器采用O环密封。
3.根据权利要求3所述的真空管式炉系统，其特征在于：所述缓冲过滤器中缓冲过滤纤维的体积为缓冲过滤器容积的1/10～1/3。
4.根据权利要求1所述的真空管式炉系统，其特征在于：所述工作管为石英玻璃工作管。
5.根据权利要求1所述的真空管式炉系统，其特征在于：所述进气端接头和抽气端接头为KF25、KF40或KF50的KF真空法兰接头，所述接头接口处内径为25、40或50毫米，长度为20-40毫米，接头采用O形环密封。
6.根据权利要求1所述的真空管式炉系统，其特征在于：所述波纹管、四通管、开关阀和三通管为KF16或KF25的KF真空法兰接头，所述接头接口处内径为16或25毫米，接头采用O形环密封。
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