CN210177004U - 一种等温cvd法制备单晶热场产品的装炉结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构，包括筒状的保温筒体，所述保温筒体由若干保温筒叠加形成，安装在炉筒底部设置的石墨料盘上，所述保温筒体内叠加若干导气装置；所述保温筒体顶端设有圆环形限气板，所述圆环形限气板的内环边沿与保温筒体的顶端连接，外环边沿与炉筒内壁连接；所述炉筒顶部连接石墨导气管，所述石墨导气管底部伸入顶部的导气装置内，且所述石墨导气管上设有若干气孔。本实用新型保证气体从坩埚和导流筒的间隙、坩埚和保温筒体间隙及导流筒内部均进行沉积，减少沉积距离，提高沉积效率；通过第一分气工装和第二分气工装的作用，提高导流筒底部距离坩埚内底的距离，增加气体流畅性，避免出现炭黑的现象。

Description

一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构

技术领域

本实用新型涉及一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构，属于CVD法的化学气相沉积技术领域。

背景技术

C/C复合材料是碳纤维增强碳基复合材料具有比强度高、比模量高、热膨胀系数低、导电性好、断裂韧性大、比重低、抗热震、耐腐蚀、耐高温等一系列优良性能，目前作为新型耐高温结构材料广泛应用于航空航天、赛车、生物材料等领域。随着C/C复合材料制备技术的成熟和配套设备的完善，以及碳纤维价格的逐年下降，使得C/C复合材料开始进入工业领域并逐渐取代石墨。在直拉单晶硅炉中，C/C复合材料目前已经开始用来制造螺栓螺母、坩埚、承载板等部件，但在CVD过程中容易出现表层沉积和结痂现象，需要进行多次中间高温处理或表面加工，造成周期较长(一般在800h左右)，成本较高。

CVD沉积增密是制备单晶热场产品的重要工序，为降低生产成本，提高沉积效率，提出改变单晶热场产品装炉方式来进行改进。

实用新型内容

本实用新型是为解决现有技术中的问题而提出的，技术方案如下，

一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构，包括筒状的保温筒体，所述保温筒体由若干保温筒叠加形成，安装在炉筒底部设置的石墨料盘上，所述保温筒体内叠加若干导气装置，导气装置叠加后高度大于保温筒体高度；所述保温筒体顶端设有圆环形限气板，所述圆环形限气板与保温筒体的顶端连接，其外边沿与炉筒内壁连接；所述炉筒顶部连接石墨导气管，所述石墨导气管底部伸入顶部的导气装置内，且所述石墨导气管上设有若干气孔。

优选的，所述导气装置包括导流筒和坩埚，所述导流筒位于所述坩埚内部，且均开口向上，所述导流筒和坩埚底部分别设有第一分气工装和第二分气工装，所述第一分气工装与坩埚底部连接，并与第二分气工装连通；位于顶部的导气装置下方的导气装置上设有导气板，所述导气板安装在导流筒顶端的开口处，所述导气装置从上到下依次通过第二分气工装连接在导气板上叠加，位于底部的导气装置通过第二分气工装连接在石墨料盘上；所述石墨导气管底部伸入顶部的导气装置的导流筒内。

进一步的，所述位于顶部的导气装置的坩埚顶端面高于所述保温筒体的顶端面，所述导流筒的顶端面高于坩埚的顶端面。

进一步的，所述第一分气工装和第二分气工装上均设有8个气孔，且均匀分布；所述第一分气工装上的气孔孔径为20-40mm，所述第二分气工装上的气孔孔径为60-90mm。

进一步的，所述保温筒上下叠层间的对接缝隙填抹石墨泥。

进一步的，所述导流筒外壁与坩埚内壁之间的间距为20-50mm。

进一步的，所述坩埚外壁与保温筒体内壁之间的间距为20-200mm。

本实用新型制备简单，可实现大批量生产，保证气体从坩埚和导流筒的间隙、坩埚和保温筒体间隙及导流筒内部均进行沉积，减少沉积距离，提高沉积效率；通过第一分气工装和第二分气工装的作用，提高导流筒底部距离坩埚内底的距离，增加气体流畅性，避免出现碳黑的现象。

附图说明

图1是本实用新型一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构的结构示意图。

图2是本实用新型第一分气工装或第二分气工装的侧视图。

图3是本实用新型第一分气工装或第二分气工装的俯视图。

图4是本实用新型导气板的结构示意图。

图中：1、保温筒体；2、石墨料盘；3、导气装置；301、导流筒；302、坩埚；303、第一分气工装；304、第二分气工装；4、圆环形限气板；5、炉筒；6、石墨导气管；7、导气板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-4所示，一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构，包括筒状的保温筒体1，所述保温筒体1由若干保温筒叠加形成，安装在炉筒5底部设置的石墨料盘2上，所述保温筒上下叠层间的对接缝隙填抹石墨泥，所述保温筒体1高度根据炉筒5高度设计叠加层数。所述保温筒体1内叠加若干导气装置3，导气装置3的叠加数量根据炉筒5高度及保温筒体1高度设置，导气装置3叠加后高度大于保温筒体1高度；所述保温筒体1顶端设有圆环形限气板4，所述圆环形限气板4与保温筒体1的顶端连接，其外边沿与炉筒5内壁连接，所述圆环形限气板4的内径小于保温筒体1的内径；所述炉筒5顶部连接石墨导气管6，所述石墨导气管6底部伸入顶部的导气装置3内，且所述石墨导气管6上设有若干气孔。

所述导气装置3包括导流筒301和坩埚302，所述导流筒301位于所述坩埚302内部，且均开口向上，所述导流筒301和坩埚302底部分别设有第一分气工装303和第二分气工装304，所述第一分气工装303与坩埚302底部连接，并与第二分气工装304连通；位于顶部的导气装置3下方的导气装置3上设有导气板7，所述导气板7安装在导流筒301顶端的开口处，所述导气装置3从上到下依次通过第二分气工装304连接在导气板7上叠加，位于底部的导气装置3通过第二分气工装304连接在石墨料盘2上；所述石墨导气管6底部伸入顶部的导气装置3的导流筒301内。所述导气板7呈圆形，边缘设有30个气孔，用以将从第二分气工装304流出的气体沉降入下方的导气装置3的导流筒301内。

所述位于顶部的导气装置3的坩埚302顶端面高于所述保温筒体1的顶端面，所述导流筒301的顶端面高于坩埚302的顶端面。

所述第一分气工装303和第二分气工装304均呈环筒状，筒壁上设有均设有8个气孔，且均匀分布，所述第一分气工装303的内径大于导流筒301底部开口的直径，第二分气工装304的内径大于坩埚302底部开口的直径，方便导流筒301和坩埚302的安装；所述第一分气工装303上的气孔孔径为20-40mm，所述第二分气工装304上的气孔孔径为60-90mm。所述导流筒301外壁与坩埚302内壁之间的间距为20-50mm。所述坩埚302外壁与保温筒体1内壁之间的间距为20-200mm。

本实用新型的装炉流程为：根据炉筒5高度叠加保温筒形成保温筒体1，放置石墨料盘2上，并在保温筒上下叠层间的对接缝隙填抹石墨泥，保证端面齐平；然后将圆环形限气板4放置在保温筒体1顶端，圆环形限气板4外径与炉筒5内径对应，防止气体从保温筒体1和炉筒5内壁之间的间隙流走；再将组装好的导气装置3依次放置在保温筒体1内，本实施例选用三个导气装置3进行安装，将坩埚302放置在第二分气工装304上，坩埚302的内底放置第一分气工装303，导流筒301放置在第一分气工装303上，导流筒301的顶端面高于坩埚302的顶端面，然后将导气板7放置在导流筒301的顶端面上，完成导气装置3的组装；坩埚302和导流筒301底部均设有开孔，第一分气工装303和第二分气工装303均能遮盖坩埚302和导流筒301底部设置的开孔，第一分气工装303用以支撑导流筒301，并可将导流筒301流经的气体与导流筒301和坩埚302之间间隙流经的气体进行汇合，流入第二分气工装304进行分气；所述第二分气工装304用以支撑坩埚302，并对第一分气工装303流入的气体进行分气，气体经过第一分气工装303和第二分气工装304上的气孔进行分气。按照上述导气装置3组装的方法组装两个导气装置3，先将一个导气装置3放置在石墨料盘2上，第二分气工装304与石墨料盘2接触连接，然后再将另一个导气装置3放置在底部位置的导气装置3的导气板7上，第二分气工装304与导气板7接触连接，导气板7用以支撑中间位置和顶部位置的导气装置3；然后再组装一个导气装置3，但导流筒301的顶端面上不用放置导气板7，组装完成后，放置在中间位置的导气装置3的导气板7上，最终，导流筒301外壁与坩埚302内壁之间的间距为20-50mm，位于顶部位置的导气装置3的坩埚302顶端面高于保温筒体1的顶端面。

导气板7的数量放置，根据其在保温筒体1内的位置及该位置所需的支撑力来确定，位于中间位置的导气装置3的导流筒301上放置的导气板7厚度为5mm，且放置两块，气孔重叠设置；位于底部位置的导气装置3的导流筒301上放置的导气板7厚度为5mm，且为三块，气孔重叠设置。

最后将组装在石墨料盘2上的部件及石墨料盘2由吊装工装装炉，坩埚302外壁与保温筒体1内壁之间的间距为20-200mm；再放置好石墨导气管6，将气体导入顶部导流装置3导流筒301内；此实用新型可实现平均增密0.3-0.4g/cm3，气体利用率10％-20％。

本实用新型的工作流程为：气体经石墨导气管6进入炉筒5内，气体一部分从石墨导气管6底部出口流出，一部分经过石墨导气管6上的气孔流出，石墨导气管6将气体分成三路，第一路从顶部导气装置3的导流筒301和坩埚302之间的间隙进入第一分气工装303，然后经过第二分气工装304分气并将气体导出，气体经过下一层导气装置3上的导气板7边缘的气孔进入下一层导气装置3的导流筒301内；第二路从顶部导气装置3的坩埚302与保温筒体1之间的间隙进入下一层导气装置3，第三路直接从石墨导气管6底部出口进入顶部导气装置3的导流筒301内部，经过第一分气工装303和第二分气工装304，经过第二分气工装304分气并将气体导出，气体经过下一层导气装置3上的导气板7边缘的气孔进入下一层导气装置3的导流筒301内，三路气体同时沉降；气体经过第二分气工装304再次将气体分成三路，不同的是，第三路不是从石墨导气管6导出进入导气装置3，而是经第二分气工装304导出的气体从导气板7边缘的气孔进入下一层导气装置3的导流筒301；重复上述沉降过程，最终从石墨料盘2底部流出。在气体沉降过程中，流经顶部导气装置3的坩埚302与保温筒体1之间间隙内气体，会持续沉降，途中会与第二分气工装304分出的气体混合，部分进入下层导气装置3的导流筒301和坩埚302之间的间隙或经导气板7边缘的气孔进入导流筒301，部分持续沉降至石墨料盘2流出。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构，包括筒状的保温筒体(1)，所述保温筒体(1)由若干保温筒叠加形成，安装在炉筒(5)底部设置的石墨料盘(2)上，其特征在于：所述保温筒体(1)内叠加若干导气装置(3)，导气装置(3)叠加后高度大于保温筒体(1)高度；所述保温筒体(1)顶端设有圆环形限气板(4)，所述圆环形限气板(4)与保温筒体(1)的顶端连接，其外边沿与炉筒(5)内壁连接；所述炉筒(5)顶部连接石墨导气管(6)，所述石墨导气管(6)底部伸入顶部的导气装置(3)内，且所述石墨导气管(6)上设有若干气孔。

2.根据权利要求1所述的一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构，其特征在于：所述导气装置(3)包括导流筒(301)和坩埚(302)，所述导流筒(301)位于所述坩埚(302)内部，且均开口向上，所述导流筒(301)和坩埚(302)底部分别设有第一分气工装(303)和第二分气工装(304)，所述第一分气工装(303)与坩埚(302)底部连接，并与第二分气工装(304)连通；位于顶部的导气装置(3)下方的导气装置(3)上设有导气板(7)，所述导气板(7)安装在导流筒(301)顶端的开口处，所述导气装置(3)从上到下依次通过第二分气工装(304)连接在导气板(7)上叠加，位于底部的导气装置(3)通过第二分气工装(304)连接在石墨料盘(2)上；所述石墨导气管(6)底部伸入顶部的导气装置(3)的导流筒(301)内。

3.根据权利要求2所述的一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构，其特征在于：所述位于顶部的导气装置(3)的坩埚(302)顶端面高于所述保温筒体(1)的顶端面，所述导流筒(301)的顶端面高于坩埚(302)的顶端面。

4.根据权利要求2所述的一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构，其特征在于：所述第一分气工装(303)和第二分气工装(304)上均设有8个气孔，且均匀分布；所述第一分气工装(303)上的气孔孔径为20-40mm，所述第二分气工装(304)上的气孔孔径为60-90mm。

5.根据权利要求1所述的一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构，其特征在于：所述保温筒上下叠层间的对接缝隙填抹石墨泥。

6.根据权利要求2所述的一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构，其特征在于：所述导流筒(301)外壁与坩埚(302)内壁之间的间距为20-50mm。

7.根据权利要求2所述的一种等温CVD法制备单晶热场产品的装炉结构，其特征在于：所述坩埚(302)外壁与保温筒体(1)内壁之间的间距为20-200mm。

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