CN215524136U - 真空电阻炉及气相沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种真空电阻炉及气相沉积装置，属于材料加工设备领域，真空电阻炉包括炉体，还包括：发热体，设置在所述炉体内，与电加热系统连接，所述发热体的材质为难熔金属或石墨；保温屏，设置在所述炉体内，且位于所述发热体的外周，所述保温屏的材质为难熔金属。气相沉积装置包括回填充气系统以及上述的真空电阻炉。本实用新型的发热体采用难熔金属或石墨材质制成，保证了炉体内最高可以升温至2000℃及以上，并在发热体的外周设置保温屏，发热体电加热并配合保温屏结构，可以使升温速度达到200℃/min，另外，本实用新型采用电加热系统使发热体升温，通用性好。

Description

真空电阻炉及气相沉积装置

技术领域

本实用新型属于材料加工设备领域，具体涉及一种真空电阻炉，另外，本实用新型还涉及一种包括上述真空电阻炉的气相沉积装置。

背景技术

目前，一些材料在制备过程中需要进行热处理加工，如：难熔、高比重复合新材料，其复合制造中需要在真空或保护气氛下以极快的速度升温，避免缓慢升温导致有效稀贵成份损失；另外，一些半导体材料如SiC晶片等，也需要在高真空条件下退火处理以改善性能，此加工过程也需要以极快的速度升温，避免缓慢升温过程给材料本身带来损害，由此可知，能够快速升温的热处理设备在材料的加工过程中至关重要。

现有的快速升温炉主要有四种结构：

第一种是电阻丝或硅钼棒加热的电阻炉，采用氧化纤维保温，其缺点是最高温度达不到2000℃，升温的速度在100℃/min左右，这种加热方法导致其无法实现高温、高真空工作，不能用于精密材料生产、研究。

第二种是红外聚焦快速升温炉，其升温速度可以达到200℃/min以上，但是其真空腔体材质(石英)受限，最高温度在1700℃以下，体积较大的炉子的最高温度更低，只有1200℃左右，从而限制了使用范围。

第三种是采用感应加热的快速升温炉，但是其对被加热零件要求有导磁，因此通用性差。

第四种是采用微波加热的快速升温炉，存在微波与不同材料的耦合强度不同的问题，因此不是所有材料都可使用，同样存在通用性差的缺陷，另外其最高温度只能达到1600℃。

实用新型内容

基于上述背景问题，本实用新型旨在提供一种真空电阻炉，采用难熔金属或石墨材质制成，并在发热体的外周设置有保温屏，最高可以升温至2000℃及以上，升温速度可达200℃/min；本实用新型的另一目的是提供一种包括上述真空电阻炉的气相沉积装置。

为达到上述目的，一方面，本实用新型提供的技术方案是：

真空电阻炉，包括炉体，还包括：

发热体，设置在所述炉体内，与电加热系统连接，所述发热体的材质为难熔金属或石墨；

保温屏，设置在所述炉体内，且位于所述发热体的外周，所述保温屏的材质为难熔金属。

进一步地，所述发热体包括上发热盘和下发热盘，所述上发热盘和下发热盘分设在炉体内的上下部；所述保温屏绕所述上发热盘、下发热盘的一周设置。

进一步地，所述真空电阻炉还包括：

料盘，设置在所述上发热盘和下发热盘之间，所述料盘的材质为难熔金属或石墨。

进一步地，所述炉体包括：

炉壳，所述炉壳为中空水冷结构；

炉门，沿所述炉壳的轴向可移动设置，以实现炉体的开合，所述炉门与所述料盘固定；

支架，固定在所述炉壳的底部。

进一步地，所述难熔金属选自钨、钨合金、钼、钼合金、钽、铌中的一种。

进一步地，所述电加热系统包括：

加热电源，为IGBT逆变单相电源；

水冷电极，与所述加热电源电连接，且所述水冷电极与所述发热体抵接。

进一步地，所述真空电阻炉还包括：

真空系统，与所述炉体连接，以对炉体内抽真空；

温度测量系统，用于测量炉体内工件的温度；

控制系统，分别与所述真空系统、温度测量系统电连接。

更进一步地，所述真空系统为由分子泵和干泵组成的无油真空系统。

更进一步地，所述温度测量系统为红外测温系统。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种气相沉积装置，包括：回填充气系统、以及上述的真空电阻炉，所述回填充气系统与所述真空电阻炉连通，以向炉体内供给气体。

与现有技术相比，本实用新型具有以下效果：

1、本实用新型的发热体采用难熔金属或石墨材质制成，保证了炉体内最高可以升温至2000℃及以上，并在发热体的外周设置有保温屏，发热体电加热并配合保温屏结构，可以使升温速度达到200℃/min，另外，本实用新型采用电加热系统使发热体升温，通用性好。

2、本实用新型的料盘固定在炉门的内侧，且炉门沿炉壳的轴向可移动设置，工件热处理结束后，炉门自动打开并带动料盘移出，方便将物料取出。

3、本实用新型的加热电源为IGBT逆变单相电源，具有效率高、空载损耗小、输出电流稳定、节能、节材、高稳定、高可靠、快速等特点，用于电加热发热体时，能够进一步保证炉体内快速升温。

4、本实用新型的温度测量系统为红外测量系统，可以测量炉体内工件的温度，真空系统为由分子泵和干泵组成的无油真空系统，可以使炉体内达到5E-4Pa的无油真空环境。

5、本实用新型的气相沉积装置包括回填充气系统和真空电阻炉，回填充气系统可以向炉体内供给气体，从而可以根据不同的工艺要求供给不同的气体，以进行气相沉积工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例1中真空电阻炉的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2中气相沉积装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于说明书附图所示的方位或位置关系，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装置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。

实施例1

真空电阻炉，如图1所示，包括：炉体1、发热体2、保温屏3、料盘4、电加热系统、真空系统、温度测量系统以及控制系统。

在本实施例中，所述炉体1包括：炉壳101、炉门102以及支架103，所述炉门102设置在炉壳101的右端，所述支架103固定在所述炉壳101的底部。

具体的，所述炉壳101的轴向水平延伸，所述炉壳101为中空结构，其中空腔壁内连通水冷系统，可以对炉体1进行水冷降温。

所述炉门102沿炉壳101的轴向水平移动设置，具体的，所述炉门102的底部滑动连接在导轨104上，且炉门102与驱动单元105连接，以驱动所述炉门102沿导轨104移动，从而实现炉体1的开合。

需要说明的是，本实施例中的驱动单元105可以设置在支架103内，但是并不局限于此，对于驱动单元105的结构，本实施例不做具体限制，驱动单元105可以是丝杆驱动结构或电动推杆结构。

在本实施例中，所述发热体2包括上发热盘201和下发热盘202，所述上发热盘201和下发热盘202分设在炉壳101内的上下部，所述上发热盘201和下发热盘202均与电加热系统连接，以使上发热盘201和下发热盘202加热升温。

本实施例中的上发热盘201和下发热盘202的材质为钨合金，但是并不局限于此，在其他实施例中，上发热盘201和下发热盘202的材质还可以是钨、钼、钼合金、钽、铌、或石墨。

在本实施例中，所述电加热系统包括：加热电源和水冷电极501，所述加热电源为IGBT逆变单相电源，具体采用全桥谐振软开关模式，并以IGBT模块作为逆变开关，具有效率高、空载损耗小、输出电流稳定、节能、节材、高稳定、高可靠、快速等特点。

需要说明的是，加热电源自带冷却结构，冷却结构具体采用风冷结构。

本实施例中的水冷电极501设有四组，四组所述水冷电极501两两上下分布，位于上方的水冷电极501的底端与所述上发热盘201抵接，位于下方的水冷电极501的顶端与所述下发热盘202抵接，四组所述水冷电极501均与加热电源电连接，从而通过水冷电极501使上发热盘201和下发热盘202加热升温。

在本实施例中，如图1所示，所述保温屏3绕所述上发热盘201、下发热盘202的一周设置，保温屏3同样由难熔金属材质制成，形成反射保温屏障，以保证炉体1内的高温维持。

在本实施例中，所述真空系统用于对炉体1内抽真空，以使炉体1内能够达到5E-4Pa的真空环境。

具体的，本实施例的真空系统包括分子泵601和干泵602，所述分子泵601为磁悬浮分子泵，与炉体1连通，且其连通管路上设有高真空阀603，所述分子泵601和干泵602连通，且其连通管路上设有泵间阀604，所述干泵602还通过管路与炉体1连通，其连通管路上设有预抽阀605、真空规管606、绝压传感器607以及真空平衡阀608。

需要说明的是，本实施例的真空系统为常规结构，本实施例不再对其工作原理进行赘述。

在本实施例中，所述温度测量系统用于测量炉体1内工件的温度，所述温度测量系统包括：红外测温仪I 701和红外测温仪II 702，所述红外测温仪I 701和红外测温仪II702设置在炉体1的外部，且所述炉壳101上与红外测温仪I 701、红外测温仪II 702位置对应处均开设有通孔，以便于红外测温仪I 701、红外测温仪II 702测量炉体1内工件的温度。

在本实施例中，控制系统分别与所述真空系统、温度测量系统电连接，具体可以由工控计算机、PLC以及智能仪表组成，采用可视化人机控制界面，实现设备动态动画显示，工艺设定图表化设置、设备运行各参数实时曲线记录、报警内容时间位置等信息文字化表格记录等。

本实施例的真空电阻炉采用分子泵601和干泵602组成的无油真空系统对炉体1内抽真空，以使炉体1内维持在5E-4Pa的无油真空环境中，采用IGBT逆变单相电源施加大流量加热电流，采用耐高温钨合金作为发热体2，并在发热体2的外周设置保温屏3，可实现最高温度2000℃和200℃/min的快速升温的功能。

实施例2

气相沉积装置，如图2所示，包括：回填充气系统8以及实施例1中的真空电阻炉，所述回填充气系统8与所述真空电阻炉的炉体1连通，以向炉体1内稳定供给气体。

具体的，所述回填充气系统8包括多组并联的充气支路801，多组所述充气支路801的输出端连通并与炉体1通过管路连通，且连通管路上设有真空隔断阀802。

如图2所示，所述充气支路801从下至上依次包括：气源截止阀801-1、减压阀801-2、质量流量计801-3、以及充气电磁阀801-4，所述气源截止阀801-1用于开启支路气体气源，以使气源进入支路中，所述减压阀801-2用于调整供气压力至合适的范围，所述质量流量计801-3用于自动执行流量控制，所述充气电磁阀801-4用于自动控制打开充气回路。

本实施例的气相沉积装置通过回填充气系统8向真空电阻炉内提供不同的回填气体，并能保持炉体1内恒定的气体供给，从而保证气相沉积工艺的顺利进行。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.真空电阻炉，包括炉体，其特征在于，还包括：

发热体，设置在所述炉体内，与电加热系统连接，所述发热体的材质为难熔金属或石墨；

保温屏，设置在所述炉体内，且位于所述发热体的外周，所述保温屏的材质为难熔金属。

2.根据权利要求1所述的真空电阻炉，其特征在于，所述发热体包括上发热盘和下发热盘，所述上发热盘和下发热盘分设在炉体内的上下部；所述保温屏绕所述上发热盘、下发热盘的一周设置。

3.根据权利要求2所述的真空电阻炉，其特征在于，还包括：

料盘，设置在所述上发热盘和下发热盘之间，所述料盘的材质为难熔金属或石墨。

4.根据权利要求3所述的真空电阻炉，其特征在于，所述炉体包括：

炉壳，所述炉壳为中空水冷结构；

炉门，沿所述炉壳的轴向可移动设置，以实现炉体的开合，所述炉门与所述料盘固定；

支架，固定在所述炉壳的底部。

5.根据权利要求1所述的真空电阻炉，其特征在于，所述难熔金属选自钨、钨合金、钼、钼合金、钽、铌中的一种。

6.根据权利要求1所述的真空电阻炉，其特征在于，所述电加热系统包括：

加热电源，为IGBT逆变单相电源；

水冷电极，与所述加热电源电连接，且所述水冷电极与所述发热体抵接。

7.根据权利要求1所述的真空电阻炉，其特征在于，还包括：

真空系统，与所述炉体连接，以对炉体内抽真空；

温度测量系统，用于测量炉体内工件的温度；

控制系统，分别与所述真空系统、温度测量系统电连接。

8.根据权利要求7所述的真空电阻炉，其特征在于，所述真空系统为由分子泵和干泵组成的无油真空系统。

9.根据权利要求7所述的真空电阻炉，其特征在于，所述温度测量系统为红外测温系统。

10.气相沉积装置，其特征在于，包括：回填充气系统、以及权利要求1-9任一所述的真空电阻炉，所述回填充气系统与所述真空电阻炉连通，以向炉体内供给气体。

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