CN108131950B - 高纯净气氛炉用隔热模块及其安装方法和高纯净气氛炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高纯净气氛炉用隔热模块及其安装方法和高纯净气氛炉。一种高纯净气氛炉用隔热模块，包括：密封金属腔，所述密封金属腔包括密封金属腔壳体和密封金属腔上盖，所述密封金属腔上盖位于所述密封金属腔壳体之上形成封闭腔体；上盖通气管道，所述上盖通气管道设置在所述密封金属腔上盖上；隔热填充物，所述隔热填充物填充于所述隔热模块的封闭腔体的内部；所述隔热模块的封闭腔体内可充纯氮气或惰性气体或经抽真空处理。该隔热模块密封金属腔保证了炉内高温下炉内无多孔隔热材料挥发气体污染氛围，达到外加热式纯金属密闭炉膛气氛炉的效果。

Description

高纯净气氛炉用隔热模块及其安装方法和高纯净气氛炉

技术领域

本发明涉及本发明涉及气氛炉技术领域，尤其涉及一种高纯净气氛炉用隔热模块及其安装方法和高纯净气氛炉。

背景技术

高温高纯净反应环境对精细化工、半导体材料合成、合金或复合材料钎焊等技术领域至关重要。普通陶瓷纤维毡，或多孔陶瓷类保温材料由于比表面积巨大，容易吸潮和吸附其他杂质气体分子，加热时杂质气体分子逸出污染炉内气氛，只适用于对炉内气氛纯度要求不是非常高的情况。

当前一般高纯净气氛炉根据加热器相对炉膛位置，分为外加热式和内加热式。前者使用耐热钢、石英或其他陶瓷等高温无挥发材料制作密闭腔体，加热器和隔热材料布置在腔体外围；后者通常以钨、钽、钼、镍基合金以及耐热钢等加热无挥发材料的抛光薄板作反射屏隔热，工件和加热器件布置于上述反射屏包络的空间内。这两种方式各有其局限性：上述前者如采用耐热钢做密闭腔体，则无法耐受高温，如或采用石英或其他陶瓷保护管做密闭内衬，则难以制作大尺寸炉膛，且抗热震性差；上述后者缺点在于气氛下有对流环境中加热工件保温性能低下。另外，高温加热具有一定挥发性的材料，或气氛中存在如氮气、氨气等，具有一定反应性的气体时，反射屏受污染，表面被腐蚀糙化，导致隔热保温性能快速衰退。目前还没有一种更好的兼顾保温性能和抗腐蚀性能的隔热材料或装置，为了保证材料或工件，特别是大尺寸工件的高纯净气氛加热条件，只能将昂贵的反射屏作为耗材使用，并以更大的热损耗保证加热温度和炉内工作区间的均温性，无疑大大增加了生产成本。

现有技术中公开有一种真空绝热板，包括高阻隔包装袋和隔热芯材，该隔热芯材放置在该高阻隔包装材料所制成的真空密封袋内，该隔热芯材内设有吸气剂，在该真空绝热板的板面上开孔，在该孔内安装有开孔结构件，该开孔结构件为具有高阻隔性能管状型材，该开孔结构件与所述高阻隔包装袋熔接或粘接在一起，共同构成所述的真空密封腔。该真空绝热板解决家电、建筑物等保温隔热设施隔热性能，以及隔热板上开制通孔的问题，其中，高阻隔密封包装袋内为真空，在高压气氛炉中，包装袋内气压远低于炉膛内部气压，因此会导致该隔热板变形甚至破坏。

现有技术中公开有一种隔绝空气的密闭环形加热炉，包括由外环炉墙、内环炉墙、炉顶和转动的炉底构成的环形炉体，炉底设有密封装置，炉顶设有密闭进料装置，使环形炉体内部构成密闭炉腔；外环炉墙上分别固定有延伸至密闭炉腔内部的辐射加热装置和延伸出密闭炉腔外的密闭出料装置，炉顶设有气体收集口；炉底上方支撑有炉盘框架，炉底的底部设置有旋转销轴和环形导槽；炉底由托辊支撑安装于混凝土基础上；位于近外环炉墙一侧动力装置与炉底旋转轴相连，位于近内环炉墙一侧定心轮与炉底的环形导槽相接。其所使用的密封介质为砂或水，这两者存在微量的挥发，依然会影响炉内加热环境的气氛，难以达到超高纯度；且这种密封形式，无法实现炉内真空或高压气氛。

现有技术中还公开有一种供氧隔热装置及具有该装置的可燃气燃烧室，供氧隔热装置嵌于燃烧室入口后将燃烧室内腔与燃烧装置的火焰喷射口连接，该供氧隔热装置包括由内筒与外筒相互嵌套形成的进气筒，内、外筒间插有供氧管并用耐温浇注料填充，内、外筒及供氧管通过支撑环相互固定，供氧管的进气端安装用于调节燃烧室进气量的管帽。但其隔热装置内部缺乏气压补偿装置做气压平衡。该隔热装置只能填充水硬性结合浇注料、或者化学结合浇注料、或凝聚结合浇注料等带硬质粘结性质的耐火材料。一方面该类硬质耐火材料容易受热冲击开裂，另一方面，和隔热装置外壳粘接在一起，无法更换和修补

现有技术中公开有一种气氛炉的密封隔热装置，包括玻璃纤维棉层、气凝胶绝热毡层和密封套；玻璃纤维棉层覆盖设置在气氛炉炉腔的外壁上，并与炉腔外壁贴合设置；气凝胶绝热毡层覆盖设置在玻璃纤维棉层的外部，并与玻璃纤维棉层贴合设置；密封套套设在气凝胶绝热毡层的外部，且与气凝胶绝热毡层之间设有空腔，空腔内填充有气体，密封套的外部套设有炉壳，炉壳上设有气体入口。该技术方案中，所述密封隔热装置的保温材料玻璃纤维棉层，气凝胶绝热毡层是在炉膛壁上，与炉膛加热环境并未隔绝，容易在800摄氏度以上的高温有挥发性物质污染炉内气氛，无法满足炉内杂质气体低于百万分之一量级的高纯加热环境应用需求的。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种在中高温工况能够保证优良的隔热保温性能，以及不因腐蚀隔热性能衰退的高纯净气氛炉用隔热装置的设计和安装方法，具体地，本发明实施例提供了一种高纯净气氛炉用隔热模块及一种高纯净气氛炉。

第一方面，本发明提供了一种高纯净气氛炉用隔热模块，包括：密封金属腔，所述密封金属腔包括密封金属腔壳体和密封金属腔上盖，所述密封金属腔上盖位于所述密封金属腔壳体之上形成封闭腔体；上盖通气管道，所述上盖通气管道设置在所述密封金属腔上盖上；隔热填充物，所述隔热填充物填充于所述隔热模块的封闭腔体的内部；所述隔热模块的封闭腔体内充高纯氮气或惰性气体或经抽真空处理。

可选地，在一些实施例中，所述密封金属腔上盖通过焊接的方式与所述密封金属腔壳体连接在一起。

可选地，在一些实施例中，所述隔热填充物选自莫来石纤维毡、玻璃纤维毡、陶瓷纤维毡、泡沫陶瓷、陶瓷微珠中的一种。

可选地，在一些实施例中，所述隔热模块的封闭腔体内充有纯氮气或惰性气体；或所述隔热模块密封金属腔体内为经过抽真空处理的。

可选地，在一些实施例中，所述密封金属腔壳体和所述密封金属腔上盖的材质选自耐热钢、镍基合金、钼、钽或钨中的一种或多种。

第二方面，本发明还提供了一种高纯净气氛炉，所述高纯净气氛炉的炉膛内设置有本发明所提供的隔热模块，所述炉膛的壳体上设置有通孔用于所述隔热模块的上盖通气管道的通过，所述上盖通气管道与所述高纯净气氛炉的供气系统连接。

可选地，在一些实施例中，所述隔热模块通过焊接或吊装的方式安装在所述高纯净气氛炉的炉膛内。

可选地，在一些实施例中，所述上盖通气管道和所述通孔之间的间隙通过密封件和压紧法兰密封。

可选地，在一些实施例中，所述上盖通气管道和所述通孔之间的间隙通过O型密封圈和压紧法兰密封。

可选地，在一些实施例中，所述上盖通气管道与所述高纯净气氛炉的供气系统连接，其二者之间设置有密封阀门和调压装置。

可选地，在一些实施例中，所述高纯净气氛炉为真空炉、负压气氛炉、常压气氛炉或正压气氛炉中的一种。

第三方面，本发明还提供了一种高纯净气氛炉用隔热模块的安装方法，包括以下步骤：

S1、根据隔热模块在炉膛内相对位置，在高纯净气氛炉密封壳体上为隔热模块上盖通气管道预留通孔；

S2、所述隔热模块的上盖通气管道从预留通孔穿出，隔热模块通过焊接或吊装方式和高纯净气氛炉的内部连接并固定；

S3、隔热模块的上盖通气管道与高纯净气氛炉密封壳体预留通孔之间的间隙，通过密封圈和压紧法兰进行密封；

S4、隔热模块的上盖通气管道与高纯净气氛炉的供气系统连接，其二者之间设置有密封阀门和调压装置；

S5、隔热模块的密封金属腔的封闭腔体内根据需要通入高纯氮气或惰性气体，或抽真空处理。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明的有益效果是：本发明提供了一种高纯度气氛炉用隔热模块，该隔热模块密封金属腔保证了炉内高温下炉内无多孔隔热材料挥发气体污染氛围，达到外加热式纯金属密闭炉膛气氛炉的效果。隔热模块的密封金属腔内填充隔热填料起主要隔热保温作用，隔热性能与陶瓷纤维保温毡几乎等同，远优于金属反射屏式隔热装置，更不会因金属片表面光洁度降低而导致隔热性能衰退。密封金属腔上盖通气孔可与供气系统(真空或气体供给系统)，可根据实际工况，平衡高纯净气氛炉膛和隔热模块密封金属腔内部气压，避免金属腔体受压变形。隔热模块密封金属腔体上盖通气管与高纯净气氛炉外密封壳之间间隙可传统的O型密封圈进行密封，安装调试技术成熟简易，密封效果优异。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的高纯净气氛炉用隔热模块的结构示意图；

图2为根据本发明一实施例的高纯净气氛炉的局部结构示意图。

附图标记：1、密封金属腔壳体；2、密封金属腔上盖；3、上盖通气管道；4、隔热填充物；5、纯净气氛炉密封壳体(局部)；6、O型密封圈；7、压紧法兰；8、真空或供气系统；10、隔热模块；100、高纯净气氛炉。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明实施例中提供一种高纯净气氛炉用隔热模块10，包括：密封金属腔，所述密封金属腔包括密封金属腔壳体1和密封金属腔上盖2，所述密封金属腔上盖2位于所述密封金属腔壳体1之上形成封闭腔体；上盖通气管道3，所述上盖通气管道3设置在所述密封金属腔上盖2上；隔热填充物4，所述隔热填充物4填充于所述隔热模块10的封闭腔体的内部；所述隔热模块10的封闭腔体内可充纯氮气或惰性气体或经抽真空处理。

在本发明中，隔热模块内腔体只与炉膛内部隔绝，而与炉膛外部气压平衡系统相连通，因此可以通过气压补偿来平衡炉膛内部和隔热模块内部的气压差，从而保障其不变形不破坏。本发明的技术方案不受密封形式限制，以及隔热模块内部可由气压补偿装置进行压力平衡，满足真空或高压气氛工况要求

在一些具体的实施例中，隔热模块10的封闭腔体内的隔热填充物4根据工况温度可选择气体、玻璃/陶瓷纤维毡、泡沫陶瓷、陶瓷微珠等，隔热填充物其主要隔热作用，隔热模块隔热保温性能高，起到节能作用；填充物较高的隔热性能，有效避免隔热模块长时间暴露于高温气氛中产生的隔热性能衰退，使用寿命长。

在一些具体的实施例中，所述密封金属腔上盖2通过焊接的方式与所述密封金属腔壳体1连接在一起。密封金属腔壳体1的壳层根据高纯净气氛炉的炉膛加热区间几何尺寸钣金成型，或焊接成型；焊接处位于高纯净气氛炉的炉膛内的冷端。密封金属腔体用密封金属腔上盖封闭形成封闭腔体，在隔热填充物填充完毕后，通过焊接封闭腔体上开口。

在一些具体的实施例中，所述密封金属腔上盖2上设置有至少两个通气孔，所述通气孔上通过焊接或螺纹孔等连接方式设置上盖通气管道3接口。上盖通气管道接口根据高纯净气氛炉使用需求，与真空系统、惰性气体供给系统或大气相连接(即本发明所述的真空或供气系统8)。上盖通气管道3伸出高纯净气氛炉外密封壳预留通孔，使用O型密封圈6与炉密封壳提供炉内气密环境。

结合图2所示为根据本发明一实施例的高纯净气氛炉的局部结构示意图，隔热模块密封金属腔上盖2设置通气孔(图中未示出)和通气管道(图中未示出)，用于与外界(高纯净气氛炉的)真空或供气系统8保持联通。密封金属腔内在工况下可保持真空，或惰性气氛。保持密封金属腔内气压和高纯净气氛炉炉膛内部气压同步，避免密封金属腔体因内外压差产生变形或高温蠕变；上述有益效果进一步拓宽可隔热模块使用的气压范围；密封金属腔内部避免金属的高温腐蚀。

在一些具体的实施例中，所述隔热模块10的密封金属腔体内充有纯氮气或惰性气体；或所述隔热模块10的密封金属腔体内为经过抽真空处理的。

在一些具体的实施例中，所述密封金属腔壳体1和所述密封金属腔上盖2的材质选自耐热钢、镍基合金、钼、钽或钨中的一种或多种。进一步优选地，本发明所提供的隔热模块10可以通过以下方法实现：所述密封金属腔上盖2和上盖通气管道3均采用钼，通过钣金冲压成型密封金属腔壳体1后填充入隔热填充物4，然后将密封金属腔上盖2焊接于所述密封金属腔1之上，封闭腔体。本发明所提供的高纯净气氛炉用隔热模块10尺寸容易放大，足够满足大尺寸高纯净气氛炉工作间的应用要求；上述金属材料加热时几乎无挥发，容易营造理想的高纯度加热气氛；密封金属腔体气密性佳，可避免腔体内部填充物表面高温挥发对高纯净气氛炉工况下气氛的污染，也降低高纯净气氛炉对高真空系统的要求；金属材料高温强度和韧度高，方便设置加强筋板和吊装接口，因而隔热模块工况下安全性和可靠性高。

优选地，在一具体的实施例中，本发明所提供的高纯净气氛炉用隔热模块10可通过以下方法进行安装：

S1、根据隔热模块10在炉膛内相对位置，在高纯净气氛炉密封壳体上为隔热模块上盖通气管道预留通孔。

S2、隔热模块10的上盖通气管道3从预留通孔穿出，隔热模块10可通过焊接或吊装等方式和高纯净气氛炉密封壳体5的内部连接并固定位置。

S3、隔热模块10的上盖通气管道3与高纯净气氛炉密封壳体预留通孔之间的间隙，通过O型密封圈6和压紧法兰7进行密封。

S4、隔热模块10的上盖通气管道与真空或供气系统8连接，其二者之间设置有密封阀门和调压装置。

S5、隔热模块10的密封金属腔的腔体内根据需要抽真空或者通入高纯氮气。

本发明的一种高纯净气氛炉隔热模块安装方法操作简单，所需加工技术成熟，便于施工，容易获得理想的隔热保温效果和气密性效果。

第二方面，本发明还提供了一种高纯净气氛炉100，高纯净气氛炉100的炉膛内设置有本发明所提供的隔热模块10，纯净气氛炉密封壳体5上设置有通孔用于所述隔热模块10的上盖通气管道3的通过。本发明的隔热模块10可以布置于高纯净气氛炉100炉膛内任何位置，本发明的隔热模块10安装位置灵活，影响隔热保温效果，方便高纯净气氛炉100设计和建造。

在一些具体的实施例中，所述隔热模块10通过焊接或吊装的方式安装在所述高纯净气氛炉100的炉膛内。隔热模块10的密封金属腔体内可保持真空，或者通入与高纯净气氛炉炉膛内压力相等的惰性气体，隔热模块10的密封金属腔体内外无压差，因而避免受力变形或高温蠕变。

本发明提供的隔热模块10对高纯净气氛炉100工况压力适用范围广，包括不仅限于真空炉，负压气氛炉，常压气氛炉或正压气氛炉。

在一些具体的实施例中，所述上盖通气管道3和所述通孔之间的间隙通过O型密封圈6和压紧法兰7密封。本发明提供的隔热模块10密封金属腔上盖通气管道与高纯净气氛炉密封壳体之间间隙由O型密封圈和紧固法兰密封。安装极其方便，且能够达到高气密性。

在一些具体的实施例中，所述上盖通气管道3和所述通孔之间的间隙通过O型密封圈6和压紧法兰7密封。

在一些具体的实施例中，所述上盖通气管道3与所述高纯净气氛炉的真空系统或供气系统8连接，所述上盖通气管道3与所述真空系统或供气系统8之间设置有密封阀门(图中未示出)和调压装置(图中未示出)。

在一些具体的实施例中，所述高纯净气氛炉100为真空炉、负压气氛炉、常压气氛炉或正压气氛炉中的一种。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种高纯度气氛炉用隔热模块，该隔热模块密封金属腔保证了炉内高温下炉内无多孔隔热材料挥发气体污染氛围，达到外加热式纯金属密闭炉膛气氛炉的效果。隔热模块的密封金属腔内填充隔热填料起主要隔热保温作用，隔热性能与陶瓷纤维保温毡几乎等同，远优于金属反射屏式隔热装置，更不会因金属片表面光洁度降低而导致隔热性能衰退。密封金属腔上盖通气孔可与真空或气体供给系统，可根据实际工况，平衡高纯净气氛炉膛和隔热模块密封金属腔内部气压，避免金属腔体受压变形。隔热模块密封金属腔体上盖通气管与高纯净气氛炉外密封壳之间间隙可传统的O型密封圈进行密封，安装调试技术成熟简易，密封效果优异。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种基于软光刻的复合微纳结构抑菌薄膜制备系统及其制备方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种高纯净气氛炉用隔热模块，其特征在于，包括：密封金属腔，所述密封金属腔包括密封金属腔壳体和密封金属腔上盖，所述密封金属腔上盖位于所述密封金属腔壳体之上形成封闭腔体；上盖通气管道，所述上盖通气管道设置在所述密封金属腔上盖上；隔热填充物，所述隔热填充物填充于所述隔热模块的封闭腔体的内部；所述隔热模块的封闭腔体内充高纯氮气或惰性气体或经抽真空处理。

2.根据权利要求1所述的高纯净气氛炉用隔热模块，其特征在于，所述密封金属腔上盖通过焊接的方式与所述密封金属腔壳体连接在一起。

3.根据权利要求1所述的高纯净气氛炉用隔热模块，其特征在于，所述隔热填充物选自莫来石纤维毡、玻璃纤维毡、陶瓷纤维毡、泡沫陶瓷、陶瓷微珠中的一种。

4.根据权利要求1所述的高纯净气氛炉用隔热模块，其特征在于，所述密封金属腔壳体和所述密封金属腔上盖的材质选自耐热钢、镍基合金、钼、钽或钨中的一种或多种。

5.一种高纯净气氛炉，其特征在于，所述高纯净气氛炉的炉膛内设置有如权利要求1-4任一项所述的隔热模块，所述炉膛的壳体上设置有通孔用于所述隔热模块的上盖通气管道的通过，所述上盖通气管道与所述高纯净气氛炉的供气系统连接。

6.根据权利要求5所述的高纯净气氛炉，其特征在于，所述隔热模块通过焊接或吊装的方式安装在所述高纯净气氛炉的炉膛内。

7.根据权利要求5所述的高纯净气氛炉，其特征在于，所述上盖通气管道和所述通孔之间的间隙通过密封件和压紧法兰密封。

8.根据权利要求5所述的高纯净气氛炉，其特征在于，所述上盖通气管道与所述高纯净气氛炉的供气系统之间设置有密封阀门和调压装置。

9.根据权利要求5所述的高纯净气氛炉，其特征在于，所述高纯净气氛炉为真空炉、负压气氛炉、常压气氛炉或正压气氛炉中的一种。

10.一种如权利要求1-4任一项所述的高纯净气氛炉用隔热模块的安装方法，其特征在于，包括步骤：

S1、根据隔热模块在炉膛内相对位置，在高纯净气氛炉密封壳体上为隔热模块上盖通气管道预留通孔；

S2、所述隔热模块的上盖通气管道从预留通孔穿出，隔热模块通过焊接或吊装方式和高纯净气氛炉的内部连接并固定；

S3、隔热模块的上盖通气管道与高纯净气氛炉密封壳体预留通孔之间的间隙，通过密封件和压紧法兰进行密封；

S4、隔热模块的上盖通气管道与高纯净气氛炉的供气系统连接，其二者之间设置有密封阀门和调压装置；

S5、隔热模块的密封金属腔的封闭腔体内根据需要通入高纯氮气或惰性气体，或抽真空处理。