CN107779843A - 一种化学气相沉积炉 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种化学气相沉积炉，包括炉体和设于所述炉体底部的进气装置，所述进气装置包括有主进气管路、分气器和加热器，所述主进气管路连通所述分气器，所述分气器连通所述炉体内部的炉腔，所述分气器用于向炉腔内均匀分布气流，所述加热器设在所述分气器外部，所述加热器用于对所述分气器加热。本申请提供的化学气相沉积炉，碳源气体从主进气管路进入，并通过分气器进行分散进入炉腔内，分气器可向炉腔底部空间进行均匀布气，同时缓冲气流的速率，使气流可充分与炉腔底部的产品反应，并且在分气器上设置加热器，可对进入的碳源气体进行预热，确保碳源气体在炉腔底部开始充分裂解挥发，能够在底部产品进行沉积反应，从而提高产品的整体沉积效果。

Description

一种化学气相沉积炉

技术领域

本发明属于化学气相沉积设备技术领域，具体涉及一种化学气相沉积炉。

背景技术

炭-炭复合材料是碳纤维增强碳基体的一种高性能复合材料，具有强度高、耐腐蚀、可设计性强等特点，在航天、航空、交通等诸多领域已得到广泛应用，并随着社会的发展和科技的进步，对炭-炭复合材料产品的质量有了更高的要求。

化学气相沉积是一种被广泛应用于生产炭-炭复合材料的工艺方法。现有的化学气相沉积炉或沉积系统，大多是从沉积炉的底部通过多路进气管路向沉积炉内通入碳源气体，碳源气体以一定的流量、流速直接通入到炉体内的沉积室的底部，并发生热解后形成基体碳沉积于坯体产品的内部或表面。由于现有的沉积炉的这种进气结构，碳源气体从进气管路直接进入沉积室底部的料盘，并以1～3m/s的速度快速进入沉积炉中部的高温区，造成沉积炉最底端的产品温度过低，达不到沉积温度，而且碳源气体迅速通过底部的产品，还未来得及在底部产品上沉积就跑到了中部产品，从而导致沉积炉内底端产品的沉积效果不佳，使得沉积炉内不同位置的产品质量不一致，或者同一个产品上不同部位的质量不一致。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种化学气相沉积炉，分气器可向炉腔底部空间进行均匀布气，同时缓冲气流的速率，使气流可充分与炉腔底部的产品反应，并且在分气器上设置加热器，可对进入的碳源气体气体进行预热，确保碳源气体在炉腔底部开始充分裂解挥发，能够在底部产品进行沉积反应，从而提高产品的整体沉积效果。

本发明提供的技术方案如下：

一种化学气相沉积炉，包括炉体和设于所述炉体底部的进气装置，所述进气装置包括有主进气管路、分气器和加热器，所述主进气管路连通所述分气器，所述分气器连通所述炉体内部的炉腔，所述分气器用于向炉腔内均匀分布气流，所述加热器设于所述分气器上，所述加热器用于加热气体。

进一步的，所述分气器上至少设有两个分气孔，所述分气孔连通所述主进气管路和炉腔。

进一步的，所述分气器上的分气孔呈蜂窝状分布。

进一步的，所述分气器由石墨制成，所述加热器为感应线圈，所述感应线圈设置在所述分气器外侧，所述感应线圈用于对分气器进行感应加热。

进一步的，所述分气器上设有温度传感器。

进一步的，所述分气器上连接有旋转装置，所述旋转装置用于带动分气器旋转。

进一步的，所述炉体内部设有保温层，所述保温层围成所述炉腔。

进一步的，所述保温层内侧设有加热体，所述加热体用于对所述炉腔加热。

进一步的，所述炉腔底部设有料板，所述分气器向所述料板均匀分散气体。

进一步的，所述炉体顶部设有排气口。

本发明提供的化学气相沉积炉，碳源气体从主进气管路进入，并通过分气器进行分散进入炉腔内，分气器可向炉腔底部空间进行均匀布气，同时缓冲气流的速率，使气流可充分与炉腔底部的产品反应，并且在分气器上设置加热器，可对进入的碳源气体进行预热，确保碳源气体在炉腔底部开始充分裂解挥发，能够在底部产品进行沉积反应，从而提高产品的整体沉积效果。另外，进气管路由多路小内径进气管路改成主进气管路，进气管路的内径大，进气管路不容易堵塞，因而能解决现有沉积炉的小内径管路堵塞的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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为本发明的实施例提供的化学气相沉积炉的结构示意图。

附图标记说明：炉体1；主进气管路2；分气器3；炉腔4；感应线圈5；中频电源501；温度传感器6；旋转装置7；旋转架701；驱动电机702；保温层8；加热体9；料板10；支架101；排气口11；产品12。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

首先需要说明的是，本申请中所述的“分气器外部”可以是在分气器上，也可以不在分气器上。

如图1所示，本实施例提供的一种化学气相沉积炉，包括炉体1和设于所述炉体1底部的进气装置，所述进气装置包括有主进气管路2、分气器3和加热器，所述主进气管路2连通所述分气器3，所述分气器3连通所述炉体1内部的炉腔4，所述分气器3用于向炉腔4内均匀分布气流，所述加热器设在所述分气器3外部，所述加热器用对所述分气器3加热。

本实施例提供的化学气相沉积炉，碳源气体从主进气管路2进入，并通过分气器3进行均匀分散进入炉腔4内，分气器3可向炉腔4底部空间进行均匀布气，同时能够缓冲气流的速率，使气流可充分与炉腔4底部的产品12反应，并且在分气器3上设置加热器，可对进入的碳源气体进行预热，确保碳源气体在炉腔4底部具有足够的温度，能够在底部产品12进行沉积反应，从而提高产品12的整体沉积效果。另外，现有技术中采用多路进气管路，管路内径较小，容易发生堵塞，本实施例的化学气相沉积炉将进气管路由多路小内径进气管路改成一个主进气管路2，进气管路的内径大，进气管路不容易堵塞，因而能解决现有沉积炉的进气管路容易堵塞的问题。

炉体1底部设有炉口，分气器3设于炉口内，炉口上设有保温层8进行封口，主进气管路2穿过保温层8与分气器3连通，加热器设在分气器3的外部，加热器加热分气器3，从而对分气器3内部的碳源气体进行预热。加热器的预热温度根据实际发生气相沉积所需的温度来确定，气相沉积按温度可分为200℃～500℃低温沉积、500℃～1000℃中温沉积、1000℃～1300℃高温沉积，预热温度比沉积温度低100℃～200℃，优选预热温度比沉积温度低150℃。在碳源气体由进气装置进入炉腔4的过程中，在分气器3内进行预热，使碳源气体进入炉腔4底部时即可达到发生化学气相沉积的温度，碳源气体可进行充分裂解挥发，在炉腔4底部的产品12或者炉腔4内产品12的底部进行充分沉积反应，有助于产品12表面沉积均匀，提高产品12的沉积质量，并且也可提高碳源气体在产品12上沉积反应的速率。

其中，所述分气器3上至少设有两个分气孔，所述分气孔连通所述主进气管路2和炉腔4。气孔具体呈柱状，可以是圆柱状、多边形柱状等，气孔的数量可根据炉体1或炉腔4的大小来确定，气孔均匀分布在分气器3上。碳源气体由一个主进气管路2进入后经分气器3上的各分气孔均匀分散，气体因流道形状发生变化而受到流动阻力，且分气器3中的分气孔对气体总的管流摩擦阻力和绕流摩擦阻力增大，因而碳源气体在分气器3中的流速会降低，即分气器3可对碳源气体的流速具有一定的缓冲作用，使碳源气体以适宜的速率均匀进入炉腔4底部。

优选的，所述分气器3上的分气孔呈蜂窝状分布。每个分气孔的四周分布有多个分气孔，相邻的分气孔共用同一孔壁，这种结构既可大大节约材料，又具有很强的结构稳定性，当一部分的分气孔受到损坏时，不会破坏整个分气器3的结构。具体的，分气孔的横截面为正六边形，即分气孔为六角柱体形状，分气孔的每一侧孔壁均与其它的分气孔相邻，故一个分气孔周围分布有六个其它的分气孔，分气孔每一侧的孔壁均被与其相邻的分气孔共用。

具体的，所述分气器3由石墨制成，所述加热器为感应线圈5，所述感应线圈5设置在所述分气器3的外侧，所述感应线圈5用于对分气器3进行感应加热。

本实施例中，感应线圈5与中频电源501相连通，感应线圈5均匀分布在整个分气器3的外侧，分气器3由石墨制成，可导电，分气器3置于感应线圈5的内部，感应线圈5通电后可对分气器3进行感应加热，且采用感应线圈5加热具有加热均匀、方便控制的优点。

优选的，所述分气器3上设有温度传感器6。温度传感器6具体可选测温热电偶，温度传感器6可设置在分气器3上，用于测试加热器的加热温度，便于对碳源气体的预热温度进行控制。更优选的，温度传感器6连通有控制器，用于检测加热温度并将检测温度发送给控制器，当加热温度超过预设温度范围时，控制器控制加热器停止加热，而当温度低于预设温度范围时，控制器控制加热器继续加热，从而实现对预热温度的自动控制。

本实施例中，所述分气器3上连接有旋转装置7，所述旋转装置7用于带动分气器3旋转。具体的，旋转装置7包括旋转架701和驱动电机702，旋转架701穿过炉口上的保温层8，固定连接在分气器3上，驱动电机702用于驱动旋转架701旋转，从而带动分气器3旋转，分气器3旋转可使碳源气体具有良好的分散效果。旋转架701与保温层8密封连接，驱动电机702优选变频电机，驱动电机702驱动旋转架701旋转的速度，可根据实际需要而进行调节。

现有技术中，为了使碳源气体能够在炉腔4内进行分散，采用对炉体1内部用于放置产品12的料盘及产品12一起进行旋转，由于目前气相沉积产品12的尺寸越来越大，当产品12较大且重量较重时，产品12与料盘一起旋转，可能会使炉体1内部结构不稳定，容易造成产品12倾倒，而且驱动电机702的功率往往比较大，需要消耗较多的电能，不利于节约能源。而本方案中，只是对分气器3进行旋转，同样可以使碳源气体达到良好的分散效果，而不用旋转料盘和产品12，产品12在炉腔4内可保持稳定，并且可降低驱动电机702的驱动功率，节约能源。

具体的，所述炉体1内部设有保温层8，所述保温层8围成所述炉腔4。保温层8所采用的材料可以是硅酸盐复合材料类型的保温材料，例如玻璃棉、陶瓷纤维板或硅酸铝纤维板等。感应线圈5设置在炉口处保温层8的外部，即可实现对保温层8内部的分气器3进行加热，并对分气器3进行保温，又不会使感应线圈5处于高温的环境中，可保护感应线圈5。

更具体的，所述保温层8内侧设有加热体9，所述加热体9用于对所述炉腔4加热。加热体9可以是板状或柱状，加热体9沿炉体1侧壁的保温层8内部布置。加热体9可以是电热管，通过红外热辐射对炉腔4进行加热，使碳源气体及产品12具有合适的发生化学气相沉积的温度。炉腔4内也可设有第二温度传感器，便于对炉腔4内的温度进行监控。

进一步的，所述炉腔4底部设有料板10，所述分气器3向所述料板10均匀分散气体。炉口与炉腔4相连接处的保温层8呈倒圆台形，使此处的保温层8内径由小变大，便于碳源气体由炉口处的分气器3进入炉腔4内。料板10用于放置进行化学气相沉积的产品12，料板10上均匀设有通孔，便于碳源气体通过料板10向上进入炉腔4，并与产品12进行气相沉积反应，优选的通孔的内径沿气流方向由小均匀变大，有利于导流并进一步分散碳源气体。具体的，料板10通过支架101固定在炉口的保温层8上，且支架101为空心柱状，分气器3位于支架101的内部，支架101与料板10接触的一端呈倒圆台状，对碳源气体具有导流的作用，便于碳源气体由分气器3向料板10分散。

本实施例中，所述炉体1顶部设有排气口11。碳源气体在炉腔4内与产品12充分发生化学气相沉积后，从炉体1顶部的排气口11排出。

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 (10)

1.一种化学气相沉积炉，包括炉体(1)和设于所述炉体(1)底部的进气装置，其特征在于，所述进气装置包括有主进气管路(2)、分气器(3)和加热器，所述主进气管路(2)连通所述分气器(3)，所述分气器(3)连通所述炉体(1)内部的炉腔(4)，所述分气器(3)用于向炉腔(4)内均匀分布气流，所述加热器设在所述分气器(3)外部，所述加热器用于对所述分气器(3)加热。

2.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述分气器(3)上至少设有两个分气孔，所述分气孔连通所述主进气管路(2)和炉腔(4)。

3.根据权利要求2所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述分气器(3)上的所述分气孔呈蜂窝状分布。

4.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述分气器(3)由石墨制成，所述加热器为感应线圈(5)，所述感应线圈(5)设置在所述分气器(3)外侧，所述感应线圈(5)用于对分气器(3)进行感应加热。

5.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述分气器(3)上设有温度传感器(6)。

6.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述分气器(3)上连接有旋转装置(7)，所述旋转装置(7)用于带动分气器(3)旋转。

7.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述炉体(1)内部设有保温层(8)，所述保温层(8)围成所述炉腔(4)。

8.根据权利要求7所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述保温层(8)内侧设有加热体(9)，所述加热体(9)用于对所述炉腔(4)加热。

9.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述炉腔(4)底部设有料板(10)，所述分气器(3)向所述料板(10)均匀分散气体。

10.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述炉体(1)顶部设有排气口(11)。