CN214991845U - 一种连续式化学气相沉积炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连续式化学气相沉积炉，涉及复合材料制造设备领域。本实用新型沉积炉内依次设置有准备区、沉积区和冷却区；沉积区包括升降台、至少一个旋转承载台、与旋转承载台相对应的加热器；准备区、沉积区和冷却区外部分别安装有第一密封门、第二密封门、第三密封门。本实用新型能够做到同一个沉积炉同时有三个制备件分别于三个区内进行预热、沉积和冷却，并依次连续性的转换，大大加速了单个沉积炉的复合材料的制备效率，节约了时间；沉积区结构设计使装载碳纤维预制体的承载板能够于加热制备过程中进行旋转，保持内部混合气体和加热温度对其表面作用的均匀性，提高了碳纤维预制体制备成品的品质。

Description

一种连续式化学气相沉积炉

技术领域

本实用新型属于复合材料制造设备领域，特别是涉及一种连续式化学气相沉积炉。

背景技术

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。

并且由于现有的沉积炉为单个炉腔，一般预制体放置于沉积炉内进行制备时没有预热和冷却的步骤，预制体直接在炉腔内加热和冷却，导致单个沉积炉在制备时的造成的制备耗费时间长，效率低的问题，因此提供一种连续式化学气相沉积炉具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型提供了一种连续式化学气相沉积炉，解决了以上问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的一种连续式化学气相沉积炉，所述沉积炉内依次设置有准备区、沉积区和冷却区；

所述沉积区包括升降台、至少一个旋转承载台、与旋转承载台相对应的加热器或感应线圈；

所述准备区、沉积区和冷却区外部分别安装有第一密封门、第二密封门、第三密封门。

进一步地，所述加热器采用圆形整体加热器、圆形拼接加热器、方形整体加热器或方形拼接加热器中任意一种。

进一步地，所述加热器材质采用石墨、碳/碳或钨钼材料。

进一步地，所述旋转承载台采用轴流式或非轴流式。

进一步地，所述沉积区还包括炉体以及对升降台和设置于升降台上的旋转承载台进行升降动作的升降机构；所述升降台的周侧壁上安装有与炉体内侧壁挤压密封的密封圈。

进一步地，所述准备区内底部设置有用于放置准备状态预制体的第一放置台，顶部设置有与第一放置台位置相对的第一氮气吹入管，侧部设置有第一氮气排气管。

进一步地，所述准备区内侧壁设置有第二保温层，位于第一放置台的周侧设置有用于对准备状态预制体进行感应预加热的感应线圈。

进一步地，所述冷却区内底部设置有用于放置制备完成需冷却状态的复合材料的第二放置台，顶部设置有与第二放置台位置相对的第二氮气吹入管，侧部设置有第二氮气排气管。

本实用新型相对于现有技术包括有以下有益效果：

1、本实用新型的连续式化学气相沉积炉采用的是由预热区、沉积区和冷却区构成的连续化的结构，能够做到同一个沉积炉同时有三个制备件分别于三个区内进行预热、沉积和冷却，并依次连续性的转换，大大加速了单个沉积炉的复合材料的制备效率，节约了时间。

2、本实用新型的连续式化学气相沉积炉的沉积区采用带升降结构的升降台，能够对放置预制体的旋转承载台进行自动化便捷化的升降动作用，便捷性的实现预制体的放置或取出或进入工作工位，可控性强；

3、本实用新型的连续式化学气相沉积炉的沉积区内的旋转承载台下部设置有旋转轴以及驱动机构进行旋转驱动，使装载预制体的旋转承载台能够于加热制备过程中进行旋转，保持内部混合气体和加热温度对其表面作用的均匀性，提高了预制体制备成品的品质。

4、本实用新型的连续式化学气相沉积炉内的旋转承载台和旋转承载台上均布开设有通孔，旋转承载台内设置有集气腔室用于缓存混合气体，使混合气体能够均匀的以缓冲气流同一速率的形式由通孔输送至炉腔内，保持炉腔内的混合气体运动的均匀性，确保碳源气体在炉腔底部开始充分裂解挥发，提高产品的整体沉积效果。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型的一种连续式化学气相沉积炉的外结构示意图；

图2为本实用新型的一种连续式化学气相沉积炉在旋转承载台向上运动时的内结构示意图；

图3为本实用新型的一种连续式化学气相沉积炉在旋转承载台到达最顶部工作状态时的内结构示意图；

图4为图2中A位置的局部放大图；

图5为本实用新型一种连续式化学气相沉积炉的升降台和旋转承载台连接结构的俯视图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-沉积区，101-升降台，102-旋转承载台，1021-第二通孔，103-集气腔室，1031-第一通孔，104-转动机构，1041-转轴，105-进气管路，106-密封圈，107-升降机构，108-加热器，109-耐高温绝缘管，110-第一保温层，111- 排气管，112-中频电源，2-准备区，201-第一放置台，202-第一氮气吹入管， 203-感应线圈，204-第一氮气排气管，205-第二保温层，206-第一密封门， 3-冷却区，301-第二放置台，302-第二氮气吹入管，303-第二氮气排气管。

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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“下方”、“上表面”、“底部”、“周侧壁”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

具体实施例1：

请参阅图1-5所示，本实用新型的一种连续式化学气相沉积炉，沉积炉由隔板依次隔成准备区2、沉积区1和冷却区3；

沉积区1包括炉体、安装于炉体下方且于炉体的炉腔内升降运动的升降台101、设置于升降台101上表面用于承载预制体的旋转承载台102、安装于升降台101内的动力箱、设置于升降台101下方用于对升降台101进行升降动作的升降机构107、安装于炉腔上部且与旋转承载台102相对应的加热器 108或感应线圈；动力箱内安装有转动机构104，转动机构104上设置有与旋转承载台102底部转动相连的转轴1041，旋转承载台102由贯穿升降台101的转轴1041转动进行旋转；升降机构107可将旋转承载台102上承载的预制体举升送至加热器108内；本实施例的预制体为碳纤维预制体；感应线圈设置于炉腔内侧壁上；

其中，加热器108采用圆形整体加热器、圆形拼接加热器、方形整体加热器或方形拼接加热器中任意一种；本实施例优选方形拼接加热器；加热器108材质采用石墨、碳/碳或钨钼材料，本实施例优选石墨材质；

其中，准备区2、沉积区1和冷却区3外部分别安装有第一密封门206、第二密封门113、第三密封门304。

其中，升降台101的周侧壁上安装有与炉腔内侧壁挤压密封的密封圈 106。

其中，旋转承载台102采用轴流式或非轴流式，本实施例优选为非轴流式；具体为：升降台101内设置有与旋转承载台102相连通的集气腔室103，升降台101表面均布开设有实现炉腔与集气腔室103相连通的第一通孔 1031；集气腔室103下部连通有进气管路105；旋转承载台102表面均布开设有与集气腔室103相连通的第二通孔1021。

其中，沉积区1内设置有第一保温层110，顶部设置有接外的排气管111。

其中，加热器108顶部的正负极通过与耐高温绝缘管109内的导线相连接出炉外，与中频电源112相连。

其中，准备区2内底部设置有用于放置准备状态预制体的第一放置台 201，顶部设置有与第一放置台201位置相对的第一氮气吹入管202，侧部设置有第一氮气排气管204。

其中，准备区2内侧壁设置有第二保温层205，位于第一放置台201的周侧设置有用于对准备状态预制体进行感应预加热的感应线圈203。

其中，冷却区3内底部设置有用于放置制备完成需冷却状态的复合材料的第二放置台301，顶部设置有与第二放置台301位置相对的第二氮气吹入管302，侧部设置有第二氮气排气管303。

一种连续式化学气相沉积炉的工作方法，包括如下步骤：

S01、待加工的预制体通过第一密封门206放置于准备区2内的第一放置台201上通过感应线圈203进行预加热，并同时由第一氮气吹入管202和第一氮气排气管204形成对预制体的吹气流动，防止被氧化；

S02、经准备区2准备动作完成后的预制体通过夹持钳迅速的将第一密封门206和第二密封门113打开并取出预制体放置于沉积区1内的旋转承载台 102上，然后关闭第二密封门113；通过控制升降机构107举升使旋转承载台 102上的预制体位于加热器108内；并由加热器108进行加热使炉腔内温度达到1050摄氏度负压状态；这一过程中，不断地通过旋转承载台102上非轴流式的进气通道将包括烷烃、氮气、CH₄+C₃H₈的混合气输入至炉腔内，一起与预制体加热反应；并且，预制体在旋转承载台102上由转动机构104不断地转动，实现均匀化的加热和反应；

S03、于沉积区1内制备完成后形成复合材料，通过升降机构107下降，使旋转承载台102上的复合材料与加热器108分开，通过夹持钳迅速的将第二密封门113和第三密封门304打开并取出复合材料放置于冷却区3内的第二放置台301上进行冷却；这一过程中，同时由第二氮气吹入管302和第二氮气排气管303形成对复合材料的吹气流动，防止被氧化，即完成复合材料的制备。

具体实施例2：

本具体实施例与实施例1的区别在于，

其中，加热器108采用圆形整体加热器、圆形拼接加热器、方形整体加热器或方形拼接加热器中任意一种；本实施例优选圆形拼接加热器；加热器 108材质采用石墨、碳/碳或钨钼材料，本实施例优选碳碳材质；旋转承载台102采用轴流式或非轴流式，本实施例优选为轴流式，此为现有技术无需赘述。

有益效果：

1、本实用新型的连续式化学气相沉积炉采用的是由预热区、沉积区和冷却区构成的连续化的结构，能够做到同一个沉积炉同时有三个制备件分别于三个区内进行预热、沉积和冷却，并依次连续性的转换，大大加速了单个沉积炉的复合材料的制备效率，节约了时间。

2、本实用新型的连续式化学气相沉积炉的沉积区采用带升降结构的升降台，能够对放置预制体的旋转承载台进行自动化便捷化的升降动作用，便捷性的实现预制体的放置或取出或进入工作工位，可控性强；

3、本实用新型的连续式化学气相沉积炉的沉积区内的旋转承载台下部设置有旋转轴以及驱动机构进行旋转驱动，使装载预制体的旋转承载台能够于加热制备过程中进行旋转，保持内部混合气体和加热温度对其表面作用的均匀性，提高了预制体制备成品的品质。

4、本实用新型的连续式化学气相沉积炉内的旋转承载台和旋转承载台上均布开设有通孔，旋转承载台内设置有集气腔室用于缓存混合气体，使混合气体能够均匀的以缓冲气流同一速率的形式由通孔输送至炉腔内，保持炉腔内的混合气体运动的均匀性，确保碳源气体在炉腔底部开始充分裂解挥发，提高产品的整体沉积效果。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种连续式化学气相沉积炉，其特征在于，所述沉积炉内依次设置有准备区(2)、沉积区(1)和冷却区(3)；

所述沉积区(1)包括升降台(101)、至少一个旋转承载台(102)、与旋转承载台(102)相对应的加热器(108)或感应线圈；

所述准备区(2)、沉积区(1)和冷却区(3)外部分别安装有第一密封门(206)、第二密封门(113)、第三密封门(304)。

2.根据权利要求1所述的一种连续式化学气相沉积炉，其特征在于，所述加热器(108)采用圆形整体加热器、圆形拼接加热器、方形整体加热器或方形拼接加热器中任意一种。

3.根据权利要求2所述的一种连续式化学气相沉积炉，其特征在于，所述加热器(108)材质采用石墨、碳/碳或钨钼材料。

4.根据权利要求1所述的一种连续式化学气相沉积炉，其特征在于，所述旋转承载台(102)采用轴流式或非轴流式。

5.根据权利要求1所述的一种连续式化学气相沉积炉，其特征在于，所述沉积区(1)还包括炉体以及对升降台(101)和设置于升降台(101)上的旋转承载台(102)进行升降动作的升降机构(107)；所述升降台(101)的周侧壁上安装有与炉体内侧壁挤压密封的密封圈(106)。

6.根据权利要求1所述的一种连续式化学气相沉积炉，其特征在于，所述准备区(2)内底部设置有用于放置准备状态预制体的第一放置台(201)，顶部设置有与第一放置台(201)位置相对的第一氮气吹入管(202)，侧部设置有第一氮气排气管(204)。

7.根据权利要求6所述的一种连续式化学气相沉积炉，其特征在于，所述准备区(2)内侧壁设置有第二保温层(205)，位于第一放置台(201)的周侧设置有用于对准备状态预制体进行感应预加热的感应线圈(203)。

8.根据权利要求1所述的一种连续式化学气相沉积炉，其特征在于，所述冷却区(3)内底部设置有用于放置制备完成需冷却状态的复合材料的第二放置台(301)，顶部设置有与第二放置台(301)位置相对的第二氮气吹入管(302)，侧部设置有第二氮气排气管(303)。

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