CN108048817A - 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，包括炉壳和炉壳内部的沉积室，沉积室中部设有发热体，沉积室侧壁上设有进气管路，沉积室顶盖上设有气压调节环，气压调节环用于调节产品内侧与产品外侧之间的气压大小。该化学气相沉积炉，主要用于多孔产品的增密处理，产品的顶部与气压调节环接触，发热体对产品内侧进行加热，沿产品厚度方向形成温度梯度，碳源气体从进气管路进入沉积室，通过气压调节环调节产品外侧与内侧的气压，使产品外侧与内侧形成气压差，产品外侧的气压大于产品内侧的气压，因而碳源气体在气压差的作用下可强行通过筒状产品上孔洞，从而可在产品内部的孔洞中充分进行沉积反应，改善沉积效果，提高产品的整体密度，且沉积速率快。

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

碳-碳复合材料和碳-陶复合材料，因其强度高、耐高温和耐腐蚀等一系列的优越性能，而广泛应用于航天、航空、军事、交通等诸多领域。化学气相沉积法是制备碳-碳复合材料和碳-陶复合材料的主要方法之一，采用化学气相沉积法制备的复合材料具有纯度高、力学性能好等一系列优点。

传统的化学气相沉积炉，都是按等温等压沉积方法设计的，沉积炉的沉积室内各个位置的温度及气体压力均是相等的，在对多孔洞的坯体产品进行气相沉积时，由于沉积室内的温度及气压均是相等的，碳源气体热解后产生的基体碳会在产品表面优先沉积下来，而造成产品表面的孔洞的洞口过早地封闭，从而切断碳源气体进入产品孔洞内部的传输通道，因而不能在产品孔洞的内部进行很好的沉积反应，从而不能通过碳源气体在产品的孔洞中进行气相沉积将孔洞填满以制得致密的产品，不能达到生产的要求。

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，主要用于对多孔产品进行增密处理，发热体对产品内侧进行加热，沿产品厚度方向形成温度梯度，并通过气压调节环调节产品外侧与内侧的气压，可使产品外侧与内侧形成气压差，因而碳源气体在气压差的作用下可从产品外侧强行通过筒状产品上孔洞进入产品内侧，从而使碳源气体由产品内侧向产品外侧逐步沉积，使产品内部的孔洞内能进行充分沉积反应，改善了沉积效果，提高了产品的整体密度，提高了产品的质量，且沉积速率快，缩短了生产周期，降低了生产成本。

本发明提供的技术方案如下：

一种化学气相沉积炉，包括炉壳和炉壳内部的沉积室，所述沉积室侧壁上设有进气管路，所述沉积室中部设有发热体，所述沉积室顶盖上设有气压调节环，所述气压调节环用于调节产品内侧与产品外侧之间的气压大小。

进一步的，所述沉积室底部向上凸起，所述发热体固定在所述凸起上。

进一步的，所述凸起呈柱状，所述发热体固定在凸起的侧壁上。

进一步的，所述沉积室侧壁上设有第一气压传感器，所述压力传感器用于测试沉积室内的气压。

进一步的，至少设有两个所述进气管路，所述进气管路均匀分布在所述沉积室的侧壁上。

进一步的，所述沉积室顶盖上设有排气口，所述排气口用于排出反应后的气体。

进一步的，所述排气口处设有第二气压传感器。

进一步的，所述炉壳内部设有水冷夹层，所述水冷夹层上设有进水口和出水口。

进一步的，所述炉壳内部设有保温层，所述保温层围成所述沉积室。

进一步的，所述沉积室内，在所述产品内侧设有第一温度传感器，所述产品的外侧设有第二温度传感器。

本发明提供的化学气相沉积炉，筒状产品的顶部与气压调节环接触，发热体设置在沉积室的中部，发热体位于筒状产品的内侧，发热体对产品内侧进行加热，产品内侧的温度高于产品外侧的温度，且热量从产品内侧向外侧传递，沿产品厚度方向形成温度梯度，由于温度越高，越有利于发生沉积反应，因此，可使碳源气体由产品内侧向产品外侧逐步沉积；并且，碳源气体从沉积室侧壁上的进气管路进入沉积室，通过气压调节环调节产品外侧与内侧的气压，使产品外侧与内侧形成气压差，产品外侧的气压大于产品内侧的气压，碳源气体在产品的外侧的密度高于在产品的内侧的密度，碳源气体在气压差的作用下可从产品外侧强行通过筒状产品上孔洞进入产品的内侧，气体压力差可有效改善碳源气体在产品内部孔洞中的运输状况，有助于碳源气体在产品孔洞的内部进行很好地沉积反应，通过碳源气体在空洞内发生沉积反应，最终将多孔产品的孔洞填满，进而得到致密的产品，提高产品的整体密度；本发明提供的化学气相沉积炉通过设置温度梯度和气压差进行化学气相沉积，有助于加快沉积过程，缩短生产周期，降低了生产成本，该化学气相沉积炉，结构简单，制造成本低。

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；

图2为本发明的实施例提供的化学气相沉积炉的仰视图。

附图标记说明：炉壳1；沉积室2；进气管路3；发热体4；顶盖5；气压调节环6；产品7；凸起8；第一气压传感器9；第二气压传感器10；排气口11；进水口12；出水口13；保温层14；支撑座15。

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。

如图1和图2所示，本实施例提供的一种化学气相沉积炉，包括炉壳1和炉壳1内部的沉积室2，所述沉积室2侧壁上设有进气管路3，所述沉积室2中部设有发热体4，所述沉积室2顶盖5上设有气压调节环6，所述气压调节环6用于调节产品7内侧与产品7外侧之间的气压大小。

本实施例提供的化学气相沉积炉，主要用于对多孔的筒状产品7进行增密处理，筒状产品7的侧壁上具有贯穿产品7内侧与外侧的孔洞，筒状产品7侧壁的顶部与气压调节环6接触，发热体4设置在沉积室2的中部，发热体4位于筒状产品7的内侧，发热体4对产品7内侧进行加热，产品7内侧的温度高于产品7外侧的温度，且热量从产品7内侧向外侧传递，沿产品7侧壁厚度方向形成温度梯度，碳源气体从沉积室2侧壁上的进气管路3进入沉积室2，由于温度越高，越有利于发生沉积反应，因此，可使碳源气体由产品内侧向产品外侧逐步沉积；并且，通过气压调节环6调节产品7外侧与内侧的气压，使产品7外侧与内侧形成气压差，产品7外侧的气压大于产品7内侧的气压，碳源气体在产品7的外侧的密度高于在产品7的内侧的密度，碳源气体在气压差的作用下可从产品7外侧强行通过筒状产品7上孔洞进入产品7的内侧，气体压力差可有效改善碳源气体在产品7内部的运输状况，有助于碳源气体在产品7孔洞的内部进行很好地沉积反应，通过碳源气体在空洞内发生沉积反应，最终将多孔产品的孔洞填满，进而得到致密的产品，提高产品的整体密度；本实施例提供的化学气相沉积炉通过设置温度梯度和气压差进行化学气相沉积，有助于加快沉积过程，缩短生产周期，降低了生产成本。该化学气相沉积炉，结构简单，制造成本低。

本实施例具体的，沉积室2的形状可与产品7的形状相似，为柱形，例如圆柱形或方柱形等，本实施例中为圆柱形，沉积室2底部设有柱状支撑座15，支撑座15固定在炉壳1的底部，用于将沉积室2固定安装在化学气相沉积炉的底部。在气相沉积的过程中，筒状产品7竖直置于沉积室2内，发热体4位于产品7内侧，发热体4可以是柱状或棒状，具体可为石墨棒、硅钼棒、硅碳棒或陶瓷发热体4，发热体4上连接有电极，电极用于给发热体4供电。发热体4沿筒状产品7的轴向布置，可对产品7内部沿产品7长度方向进行均匀加热，并且，产品7内侧的温度高于产品7外侧的温度，热量从产品7内侧向外侧传递，沿产品7侧壁厚度方向形成温度梯度，沉积室2侧壁上的进气管路3与产品7外侧的沉积室2相连通。气压调节环6位于筒状产品7的侧壁顶部与顶盖5之间，通过调节气压调节环6的厚度，可使调节环与筒状产品7的侧壁之间具有一定的距离，碳源气体可由产品7的外侧向产品7内侧流动，从而实现对产品7内外侧的气压进行调节。

进一步优化技术方案，所述沉积室2底部向上凸起8，所述发热体4固定在所述凸起8上。凸起8凸向筒状产品7内侧的腔体，即筒状产品7在沉积室2内套设在凸起8的外侧，凸起8的设置可减小沉积室2的空间，即减小了加热的空间，从而可降低加热所需的能耗，使该化学气相沉积炉高效节能。发热体4沿凸起8四周均匀布置。具体的，所述凸起8呈柱状，且所述凸起8中部为向下开口的柱状，所述发热体4固定在凸起8的侧壁上。整个化学气相沉积炉及沉积室2的纵剖面呈倒U形，柱状凸起8的高度及直径具体根据筒状产品7的尺寸规格来确定，发热体4设置在柱状凸起8的侧壁上，缩短了发热体4与产品7侧壁之间的距离，可使发热体4针对筒状产品7的内侧壁进行加热，加热效率高。

本实施例中，所述沉积室2侧壁上设有第一气压传感器9，所述压力传感器用于测试沉积室2内的气压。具体的，第一气压传感器9用于检测产品7外侧的沉积室2内的气压，根据检测的气压，可对进气管道碳源气体的进气流量进行调节，并配合调节气压调节环6的厚度，使产品7外侧保持合适的气压范围。

其中，至少设有两个所述进气管路3，所述进气管路3均匀分布在所述沉积室2的侧壁上。本实施例中优选设置三组进气管路3，三组进气管路3分别均匀沿化学气相沉积炉的周围布置，且分别布置在沉积室2侧壁的下部、中部和上部，使产品7外侧沿产品7轴向各个位置的碳源气体的密度均匀。

进一步的，所述沉积室2顶盖5上设有排气口11，所述排气口11与产品7的内侧连通，用于排出经过化学气相沉积反应后的气体。经过化学气相沉积反应后的气体，向上由顶盖5上的排气口11排出。

优化的，所述排气口11处设有第二气压传感器10。排气口11采用排气管道进行排气，第二气压传感器10可设置在排气管道上，也可设置在排气管道附近的顶盖5上，用于检测产品7内侧的气压大小，通过设置第一气压传感器9和第二气压传感器10，分别检测筒状产品7两侧的气压大小，从而实现对产品7外侧的气压与产品7内侧的气压进行监控，并配合调节进气量、出气量以及调节环，使产品7内外侧处于合适的压差范围。

本实施例中，所述炉壳1内部设有水冷夹层，所述水冷夹层上设有进水口12和出水口13。为了提高炉壳1的使用寿命，并提高炉壳1在一定温度下的使用强度，炉壳1采用水冷夹层结构，进水口12和出水口13分别设置在炉壳1的顶部的相对位置上，设置有多个进水口12和出水口13，并且，进水口12还设置在炉壳1底部中心位置上，出水口13还设置在炉壳1侧壁的靠近顶部的位置上，通过在炉壳1上这样布置多个进水口12和出水口13，可在炉壳1水冷夹层内形成均匀的冷却水流场，保证了炉壳1各个部位具有较均匀的温度，从而提高炉壳1及整个化学气相沉积炉的使用寿命。

进一步的，所述炉壳1内部设有保温层14，所述保温层14围成所述沉积室2。为了提高沉积室2的气密性，不影响压差的形成，保温层14的材料采用硬碳毡，并且在保温层14的内表面和外表面均覆有石墨纸，确保沉积室2具有良好的气密性。由保温层14围成的沉积室2具体为，用保温层14分别围成内柱体和外柱体，内柱体位于外柱体的内侧，且内柱体与外柱体的中心线重合，内柱体的顶部被保温层14密封，内柱体与外柱体在底部通过保温层14密封连接，外柱体的顶部设有保温层14顶盖5，由内柱体、外柱体及顶盖5一起围成沉积室2的密封腔体，沉积室2的纵剖面呈倒U形。炉壳1与保温层14构成的沉积室2的形状相同。

更优化的，所述沉积室2内，在所述产品7内侧设有第一温度传感器，所述产品7的外侧设有第二温度传感器。第一温度传感器和第二温度传感器分别测量筒状产品7内侧和外侧的温度，便于控制产品7内外两侧的温度产。第一温度传感器和第二温度传感器具体可采用热电偶。

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，包括炉壳(1)和炉壳内部的沉积室(2)，其特征在于，所述沉积室(2)侧壁上设有进气管路(3)，所述沉积室(2)中部设有发热体(4)，所述沉积室(2)顶盖(5)上设有气压调节环(6)，所述气压调节环(6)用于调节产品(7)内侧与产品(7)外侧之间的气压大小。

2.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述沉积室(2)底部向上凸起(8)，所述发热体(4)固定在所述凸起(8)上。

3.根据权利要求2所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述凸起(8)呈柱状，所述发热体(4)固定在凸起(8)的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述沉积室(2)侧壁上设有第一气压传感器(9)，所述压力传感器用于测试沉积室(2)内的气压。

5.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，至少设有两个所述进气管路(3)，所述进气管路(3)均匀分布在所述沉积室(2)的侧壁上。

6.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述沉积室(2)顶盖(5)上设有排气口(11)，所述排气口(11)用于排出反应后的气体。

7.根据权利要求6所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述排气口(11)处设有第二气压传感器(10)。

8.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述炉壳(1)内部设有水冷夹层，所述水冷夹层上设有进水口(12)和出水口(13)。

9.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述炉壳(1)内部设有保温层(14)，所述保温层(14)围成所述沉积室(2)。

10.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述沉积室(2)内，在所述产品(7)内侧设有第一温度传感器，所述产品(7)的外侧设有第二温度传感器。