CN113532116A - 一种高温旋转料台气压炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温旋转料台气压炉，属于纳米陶瓷沉积设备技术领域，可使料台在高温高压下连续旋转。包括磁驱动旋转装置、回转轴和高压炉体；所述高压炉体上方设有炉盖，磁驱动旋转装置位于炉盖上方，回转轴上端与磁驱动旋转装置相连，下端穿过炉盖伸入高压炉体内，且回转轴伸入高压炉体内的端部连接有旋转料台，磁驱动旋转装置驱动回转轴转动时能够同时带动旋转料台转动。本发明通过气压烧结炉外旋转磁场驱动，节能环保且能保证高效平稳运行，回转轴带动旋转料台连续旋转，结构简单，操作便捷，消除了沉积不均匀的现象，能够有效提高待加工产品的品质。

Description

一种高温旋转料台气压炉

技术领域

本发明属于气压烧结炉、纳米陶瓷沉积设备技术领域，具体涉及一种高温旋转料台气压炉。

背景技术

硅基纳米线构筑的柔性陶瓷纸因其具备独特的力学性能和高温稳定性，是目前国际上的研究热点。但目前硅基柔性陶瓷纸的制备技术仍不成熟，所得到的硅基柔性陶瓷纸质量和厚度不均匀，这成为困扰硅基柔性陶瓷纸的实际应用和科学研究。硅基柔性陶瓷纸的生长本质上是一个类CVD化学气相反应和沉积过程，即通过原料在高温下生成的气体进行反应，并在基板上形核长大的过程。高品质且厚度均匀的硅基柔性陶瓷纸需要一个均匀的气相环境，若料台在高温高压下能够实现均匀旋转，则理论上能大大改善炉内气相的均匀性。此外，对于需要气相参与的高温反应或沉积，气压炉内的温度均匀性和反应气体的分布均匀性都直接决定了最终的产品品质。

目前国内外尚未有关于高温旋转料台气压炉的报道，其中的主要原因是因为高温高压下的回转密封问题难以解决。

发明内容

为了克服上述现有技术缺点，本发明的目的在于提供一种高温旋转料台气压炉，以解决现有技术中由于高温高压下回转密封难以解决使得气压炉中的料台无法旋转，从而导致难以保证硅基柔性纳米线的品质及厚度均匀性的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种高温旋转料台气压炉，包括磁驱动旋转装置、回转轴和高压炉体；

所述高压炉体上方设有炉盖，磁驱动旋转装置位于炉盖上方，回转轴上端与磁驱动旋转装置相连，下端穿过炉盖伸入高压炉体内，且回转轴伸入高压炉体内的端部连接有旋转料台，磁驱动旋转装置驱动回转轴转动时能够同时带动旋转料台转动；

在高压炉体的内腔四周设有保温结构，且该保温结构包覆伸入高压炉体内的回转轴。

优选地，所述回转轴分为回转轴高温段和回转轴低温段；回转轴高温段为伸入高压炉体的内腔至保温结构顶端的部分，回转轴低温段为保温结构顶端至炉盖的部分。

进一步优选地，回转轴高温段采用C-C高强度复合材料制成，回转轴低温段采用水冷不锈钢材料制成。

进一步优选地，所述保温结构由第一多层隔热组件和第二多层隔热组件组成，第一多层隔热组件包覆于回转轴高温段四周，且第一多层隔热组件会随着回转轴的转动而转动，第二多层隔热组件固定在炉盖上，第二多层隔热组件处于静止态不随回转轴的转动而运动。

更进一步优选地，第一多层隔热组件和第二多层隔热组件均采用C-C复合材料制成。

更进一步优选地，第一多层隔热组件通过固定螺丝与回转轴高温段固定；第二多层隔热组件通过固定螺丝固定在炉盖上。

更进一步优选地，所述气压烧结炉采用三高石墨制成，固定螺丝采用石墨材质制成。

优选地，高压炉体采用高压反应釜密封结构，压力范围为0.1～10MPa；在炉体四周设有冷却水循环管路。

进一步优选地，在高压炉体内还设有用于监测实时温度的热电偶。

进一步优选地，采用空心轴液压缸与热电偶连接，用于控制热电偶在炉内的进出，空心轴液压缸前端采用法兰与炉体连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的高温旋转料台气压炉，在不增加发热体组件和进气管路数量的前提下，通过设置保温结构解决回转轴与炉体间的密封问题；采用磁驱动旋转装置，实现静密封结构的非接触力矩传递，驱动旋转装置带动回转轴转动，旋转料台与回转轴相连，使得旋转料台也随回转轴转动而转动，物料随旋转料台的转动而受热更均匀，其分解产生的气体在炉内也因此分布更为均匀，得到的沉积产品品质更高。通过气压烧结炉外旋转磁场驱动，节能环保且能保证高效平稳运行，回转轴带动旋转料台连续旋转，结构简单，操作便捷，消除了沉积不均匀的现象，能够有效提高待加工产品的品质。

进一步地，回转轴分为回转轴高温段和回转轴低温段，使得回转轴在不同工作环境中均能适应环境，增强装置精确度。

更进一步地，回转轴高温段采用C-C高强度复合材料，C-C高强度复合材料的导热系数较低，这样从高温段带出的热量可以大幅减少，回转轴低温段采用水冷不锈钢材质制成的传动轴，配合旋转密封的水冷装置来避免高温对密封件及结构件的影响。

进一步地，保温结构包括第一多层隔热组件和第二多层隔热组件，多层隔热组件在不同位置不同运动状态下，避免保温层间的间隙引起的炉内烧结区温度不均匀，解决了回转轴与保温层之间的密封问题。

更进一步地，第一多层隔热组件和第二多层隔热组件采用多层迷宫式结构，使热传递的路径更为曲折，避免保温层间的间隙引起的炉内烧结区温度不均匀，并抑制炉内低温区温度在烧结过程中升高。

更进一步地，C-C复合材料作为保温层原材料，CC材料的导热系数较低，保温性能好。

进一步地，采用固定螺丝采用石墨材质制成，通过石墨材质制成的固定螺丝固定保温层结构，其在高温环境中挥发性低，结构简单、拆卸方便。

进一步地，高压炉体采用高压反应釜密封结构再增加水冷，提高装置密封性能，降低炉外温度。

进一步地，气压烧结炉炉体本身、炉内结构件(如发热体)采用三高石墨(高强度、高密度、高纯度)制成，有利于降低炉内杂质对构件及绝缘材料的影响。

进一步地，空心轴液压缸与炉内热电偶连接，用于控制热电偶移动，采用法兰连接，拆卸方便、强度高、密封性能好。

附图说明

图1为本发明实施例所述的高温旋转料台气压炉的结构简图；

图2为本发明实施例所述的回转轴与保温结构的结构简图；

图3为本发明所述的第一多层隔热组件和第二多层隔热组件的迷宫式保温层结构示意图；

图4为图3所述的结构的组装部件结构图；其中，a、b、c、d分别代表四种类型的部件。

其中：1为磁驱动旋转装置；2为保温结构；2-a为第一多层隔热组件；2-b为第二多层隔热组件；3为回转轴；3-a为回转轴高温段；3-b为回转轴低温段；4为旋转料台；5为高压炉体；6为炉盖；7为固定螺丝。

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。

需要说明的是，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”等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，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：参见图1，本发明公开的一种高温旋转料台气压炉，包括磁驱动旋转装置1、回转轴3和高压炉体5；所述高压炉体5上方设有炉盖6，磁驱动旋转装置1设置在炉盖6上方，回转轴3上端与磁驱动旋转装置1相连，下端穿过炉盖6伸入高压炉体5内，且回转轴3伸入高压炉体5内的端部连接有旋转料台4，磁驱动旋转装置1驱动回转轴3转动时能够同时带动旋转料台4转动；在高压炉体5的内腔四周设有保温结构2，且该保温结构2包覆伸入高压炉体5内的回转轴3。

参见图2，所述回转轴3分为回转轴高温段3-a和回转轴低温段3-b；回转轴高温段3-a为伸入高压炉体5的内腔至保温结构2顶端的部分，回转轴低温段3-b为保温结构2顶端至炉盖6的部分，保温结构2紧密地围绕着回转轴高温段3-a，并通过固定螺丝固定在炉体上。所述回转轴高温段3-a为C-C高强度复合材料，C-C材料的导热系数较低，这样从高温段回转轴带出的热量可以大幅减少，回转轴低温段3-b采用水冷不锈钢传动轴，配合旋转密封进出水机构来避免高温对密封件及结构件的影响。如可以采用深圳市石金科技股份有限公司、湖南中加石墨股份有限公司生产的高强度C-C轴。

所述保温结构2包括第一多层隔热组件2-a和第二多层隔热组件2-b，第一多层隔热组件2-a通过固定螺丝7包覆于回转轴3的回转轴高温段3-b四周，第一多层隔热组件2-a会随着回转轴3的转动而转动，第二多层隔热组件2-b通过固定螺丝7固定在炉体上，第二多层隔热组件2-b处于静止态，不随回转轴3的转动而运动。第一多层隔热组件2-a和第二多层隔热组件2-b之间留有间隙，二者结合的部位依靠靠隔热毡技术挤压贴合无需其他连接件。

具体地，参见图3和图4，如图3所示的多层迷宫式保温层结构能够延长热流的传递路径，使热流的路径过程变得曲折，解决保温间因对流的问题导致炉内温度和气氛不均匀的问题，所述的保温层材料为C-C复合材料。图4为构成图3所述的多层迷宫式保温层结构的四种类型的保温组件剖面结构简图，由这些组件可拼装成图3所示的迷宫式保温层。保温层的间隙和对流问题采用多层迷宫式保温层结构来解决，C-C复合材料作为保温结构的原材料。保温结构2采用多层迷宫式结构，目的是为了使热传递的路径更为曲折，避免保温层间的间隙引起的炉内烧结区温度不均匀，并抑制炉内低温区温度在烧结过程中升高。

进一步地，还可以通过增加主传动轴的直径来实现稳定性和刚性。

进一步地，在炉体内还设有能够实时监测炉体内温度的热电偶，并且采用空心轴液压缸与炉内热电偶连接，液压缸前端采用法兰与炉体连接。

进一步，高压炉体5采用高压反应釜密封结构，再增加水冷，使用压力范围-0.1～20MPa。

进一步，采用三高石墨作为炉内结构件和发热体，采用低挥发的石墨毡碳毡作为保温材料，降低炉内杂质对构件及绝缘材料的影响。

本发明的高温旋转料台气压炉，在使用时：

开启磁驱动旋转装置1，磁驱动旋转装置1带动回转轴3转动，旋转料台4与回转轴3相连，故旋转料台4随着回转轴3的转动而转动，待加工的物料则随旋转料台4的转动而受热更均匀，其分解产生的气体在炉内也因此分布更为均匀，得到的沉积产品品质更高。

综上所示，本发明通过旋转料台在高温高压下的连续旋转以解决现有技术存在的不足，在不增加发热体组件的前提下，使旋转料台上的物料或样品受热更均匀，同时使得由物料分解产生的气体在炉内分布更加均匀，提高沉积产品的品质。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温旋转料台气压炉，其特征在于，包括磁驱动旋转装置(1)、回转轴(3)和高压炉体(5)；

所述高压炉体(5)上方设有炉盖(6)，磁驱动旋转装置(1)位于炉盖(6)上方，回转轴(3)上端与磁驱动旋转装置(1)相连，下端穿过炉盖(6)伸入高压炉体(5)内，且回转轴(3)伸入高压炉体(5)内的端部连接有旋转料台(4)，磁驱动旋转装置(1)驱动回转轴(3)转动时能够同时带动旋转料台(4)转动；

在高压炉体(5)的内腔四周设有保温结构(2)，且该保温结构(2)包覆伸入高压炉体(5)内的回转轴(3)。

2.根据权利要求1所述的高温旋转料台气压炉，其特征在于，所述回转轴(3)分为回转轴高温段(3-a)和回转轴低温段(3-b)；回转轴高温段(3-a)为伸入高压炉体(5)的内腔至保温结构(2)顶端的部分，回转轴低温段(3-b)为保温结构(2)顶端至炉盖(6)的部分。

3.根据权利要求2所述的高温旋转料台气压炉，其特征在于，回转轴高温段(3-a)采用C-C高强度复合材料制成，回转轴低温段(3-b)采用水冷不锈钢材料制成。

4.根据权利要求2所述的高温旋转料台气压炉，其特征在于，所述保温结构(2)由第一多层隔热组件(2-a)和第二多层隔热组件(2-b)组成，第一多层隔热组件(2-a)包覆于回转轴高温段(3-b)四周，且第一多层隔热组件(2-a)会随着回转轴(3)的转动而转动，第二多层隔热组件(2-b)固定在炉盖上，第二多层隔热组件(2-b)处于静止态不随回转轴(3)的转动而运动。

5.根据权利要求4所述的高温旋转料台气压炉，其特征在于，第一多层隔热组件(2-a)和第二多层隔热组件(2-b)均采用C-C复合材料制成。

6.根据权利要求4所述的高温旋转料台气压炉，其特征在于，第一多层隔热组件(2-a)通过固定螺丝(7)与回转轴高温段(3-b)固定；第二多层隔热组件(2-b)通过固定螺丝(7)固定在炉盖上。

7.根据权利要求6所述的高温旋转料台气压炉，其特征在于，所述气压烧结炉(5)采用三高石墨制成，固定螺丝(7)采用石墨材质制成。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的高温旋转料台气压炉，其特征在于，高压炉体(5)采用高压反应釜密封结构，压力范围为0.1～10MPa；在炉体四周设有冷却水循环管路。

9.根据权利要求8所述的高温旋转料台气压炉，其特征在于，在高压炉体(5)内还设有用于监测实时温度的热电偶。

10.根据权利要求9所述的高温旋转料台气压炉，其特征在于，采用空心轴液压缸与热电偶连接，用于控制热电偶在炉内的进出，空心轴液压缸前端采用法兰与炉体连接。

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