CN215598056U - 一种双向气氛氮化硅烧结炉 - Google Patents

Abstract

一种双向气氛氮化硅烧结炉，包括上气路系统和下气路系统，所述上气路系统包括上布气管、上进气管、上排气管，上布气管设置在炉芯的顶壁下方，上进气管穿过炉壳和炉芯与上布气管连通，上排气管设置在炉壳外面并与上进气管连通，在上进气管的入口处设置有第一阀门，在上排气管的出口处设置有第二阀门；所述下气路系统包括下布气管、下进气管、下排气管，下布气管嵌在炉芯的底壁槽内，下进气管穿过炉壳和炉芯与下布气管连通，下排气管设置在炉壳外面并与下进气管连通，在下进气管的入口处设置有第三阀门，在下排气管的出口处设置有第四阀门。本烧结炉内的氮气流向可进行双向循环控制，从而明显改善了炉内烧结制备的氮化硅的质量稳定性。

Description

一种双向气氛氮化硅烧结炉

技术领域

本实用新型具体涉及一种双向气氛氮化硅烧结炉，属于烧结炉技术领域。

背景技术

目前氮化硅粉体的制备通常采用硅粉氮化法，其基本原理是硅粉和氮气在气氛烧结炉内在高温下进行反应生成氮化硅，其操作的工艺流程主要包括：向匣钵内装填硅粉，将多个匣钵依次送入烧结炉中，向烧结炉中持续通入含氮反应气体，逐步加热升温到1300摄氏度左右，保温一定时间发生氮化反应，然后降温至50度以下，从烧结炉中取出烧结后的匣钵，从匣钵内取出生成的氮化硅板块，粉碎至一定粒度即得到氮化硅粉体。实际生产中发现，匣钵底部和匣钵顶部的氮化硅中α相和β相含量不一致，且氮化硅中的碳化物的杂质含量也存在规律性的差异，从而导致最终的氮化硅的粉体质量存在差异，粉体质量不可控，尤其是在烧结炉经过大的检修后产品质量不稳定。经过分析原因发现，烧结时氮气在烧结炉内通常保持一个单一方向的持续定向流动，而气流的定向流向会造成流动方向上产品的性能的差异性，影响因素较多，例如气体的微量杂质、炉内挥发物的影响，气体在炉内的流动状态等。硅粉氮化过程虽然原理简单，但实际反应是非常复杂的，要获得高α相含量的氮化硅粉，核心就是对工艺过程中温度、压力、气体的工艺控制，硅粉氮化过程是放热过程，随着反应的进行大量放出的热会提高物料的局部温度，单一方向气流会加剧后方的温度提升，而氮化硅粉中α相是高温不稳定相，在后方过热的情况下已生成的α相氮化硅粉很容易部分转化为β相，从而影响粉体的烧结活性，因此需要对现有烧结炉设备的进气系统进行改进。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种双向气氛氮化硅烧结炉，目的在于改善烧结炉内气流流向、解决产品质量不稳定的问题。

本实用新型的技术方案为：一种双向气氛氮化硅烧结炉，包括炉壳、抽真空系统、气路系统，在所述炉壳内部固定设置有炉芯，在炉芯的侧壁上设置有加热元件和热电偶；所述气路系统包括上气路系统和下气路系统，所述上气路系统包括上布气管、上进气管、上排气管，上布气管设置在炉芯的顶壁下方，上进气管穿过炉壳和炉芯与上布气管连通，上排气管设置在炉壳外面并与上进气管连通，在上进气管的入口处设置有第一阀门，在上排气管的出口处设置有第二阀门；所述下气路系统包括下布气管、下进气管、下排气管，下布气管嵌在炉芯的底壁槽内，下进气管穿过炉壳和炉芯与下布气管连通，下排气管设置在炉壳外面并与下进气管连通，在下进气管的入口处设置有第三阀门，在下排气管的出口处设置有第四阀门。

进一步的，所述抽真空系统包括真空泵，真空泵和炉壳之间通过抽气管连接，抽气管的一端伸入到炉壳内部；在所述抽气管上还设置有电磁阀和过滤缓冲罐。

进一步的，所述炉壳为双层结构，在炉壳的底部设置有进水管，在炉壳的顶部设置有出水管，所述进水管和出水管均与双层结构的内部空间连通。

有益效果：本实用新型所述的双向气氛氮化硅烧结炉，通过配置上气路系统和下气路系统，控制第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门的打开和闭合组合配置，可对烧结炉内的氮气流向进行双向循环控制，从而明显改善了炉内烧结制备的氮化硅的质量均匀稳定性。

附图说明

图1为双向气氛烧结炉的组成结构示意图。

图2为图1的剖视图。

图中标记： 1炉壳，2炉芯，3抽真空系统，4加热系统，11底座，12支座，13进水管，14出水管，18炉门，21匣钵组，22炉芯门， 31真空泵，32过滤缓冲罐，33电磁阀，34抽气管，41电极，42硅钼棒，43热电偶，50上布气管，51上进气管，52第一阀门，53上排气管，54第二阀门，55下进气管，56第三阀门，57下排气管，58第四阀门，59下布气管。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进行清楚完整的说明。

如图1-2所示，一种双向气氛氮化硅烧结炉，包括圆柱形炉壳1和炉门18，炉壳1通过底座11水平卧式横放在地面上。所述炉壳1和炉门18均为双层结构，在炉壳1的底部设置有进水管13，在炉壳的顶部设置有出水管14，所述进水管13和出水管14均与双层结构的内部空间连通，双层结构的内部空间可容纳通入冷却水，防止炉壳内外部温度过高。

在所述炉壳1内部固定设置支座12，在支座上设置有长方体炉芯2，在炉芯2的一端设置有炉芯门22。炉芯2的结构从外向内依次为外壳、保温层、耐火砖，炉芯的内部为炉膛，使热量和气体主要聚集在炉膛内部，向外界散热小，节能。在炉炉膛内部放置有多组盛放硅粉的匣钵组21，炉芯门与炉芯为非完全密封连接，允许少量的气体通过。在炉壳外壁上设置有加热系统4，加热系统的电极41穿过炉芯，与设置在炉芯侧壁上的加热元件42连接，所述加热元件为硅钼棒。在炉芯侧壁上还设置有热电偶43，热电偶的探头伸入炉膛内。

在炉壳外还设置有抽真空系统3，所述抽真空系统3包括真空泵31，真空泵31和炉壳1之间通过抽气管34连接，抽气管34的一端伸入到炉壳1内部；在所述抽气管34上还设置有电磁阀33和过滤缓冲罐32，过滤缓冲罐可防止炉内的粉尘进入到真空泵内损坏真空泵。在反应前抽真空系统可排出炉内的空气防止硅粉氧化。

所述烧结炉还包括气路系统，所述气路系统上气路系统和下气路系统，如图1所示，所述上气路系统包括上布气管50、上进气管51、上排气管53，上布气管50设置在炉芯的顶壁下方，不影响匣钵组进出炉芯，上进气管51穿过炉壳和炉芯与上布气管50连通，上排气管53设置在炉壳外面并与上进气管51连通，在上进气管51的入口处设置有第一阀门52，在上排气管53的出口处设置有第二阀门54；所述下气路系统包括下布气管59、下进气管55、下排气管57，下布气管59嵌在炉芯的底壁槽内，不影响匣钵组进出炉芯，下进气管55穿过炉壳和炉芯与下布气管59连通，下排气管57设置在炉壳外面并与下进气管55连通，在下进气管55的入口处设置有第三阀门56，在下排气管57的出口处设置有第四阀门58。上进气管51和下进气管55均与氮气供应装置连通，上排气管53和下排气管57均与尾气处理系统连通，在上布气管50和下布气管59上均开设有多个布气小孔，布气小孔与炉芯内部连通。

本实用新型在使用时，首先打开炉门18，打开炉芯门22，向炉芯炉膛内装入多组盛放有硅粉的匣钵组21；接着关闭炉芯门22，关闭炉门18，启动真空泵31开始抽真空，炉膛及炉芯内的空气排出，当达到一定真空度后，关闭电磁阀33；首先进行正向气流流动，操作步骤为：关闭第二阀门54和第三阀门56，打开第一阀门52和第四阀门58，这样氮气通过上进气管51进入到上布气管50，然后充满炉芯中，在进入炉芯下方的下布气管59，最后经过下排气管58排出；同时启动加热系统，同时向炉壳夹层通入冷却水，防止炉壳内外附近温度过高。正向气流流动一定时间后切换到反向气流流动，操作步骤为：关闭第四阀门548和第一阀门52，打开第三阀门56和第二阀门54，这样氮气通过下进气管55进入到下布气管59，然后充满炉芯中，再进入炉芯上方的上布气管50，最后经过上排气管53排出；可见反向气流流动的方向与正向气流流动的方向完全相反，这样就抵消了单一气流流动所引起的产品质量不均匀不稳定的现象，这样硅粉一边加热，一边控制阀门开关组合，使氮气气流在炉芯内在正方向和反方向之间不断循环变化，循环时间可根据工艺需求进行控制，使得最终的炉芯内匣钵组不同位置的氮化硅产品品质趋于稳定一致。当反应一定时间后关闭系统加热，冷却加热炉，使系统在15至20小时降温至常温，取出匣钵组内的产物研磨，即得质量稳定的氮化硅粉体。

Claims (3)

1.一种双向气氛氮化硅烧结炉，包括炉壳、抽真空系统、气路系统，在所述炉壳内部固定设置有炉芯，在炉芯的侧壁上设置有加热元件和热电偶，其特征在于：所述气路系统包括上气路系统和下气路系统，所述上气路系统包括上布气管、上进气管、上排气管，上布气管设置在炉芯的顶壁下方，上进气管穿过炉壳和炉芯与上布气管连通，上排气管设置在炉壳外面并与上进气管连通，在上进气管的入口处设置有第一阀门，在上排气管的出口处设置有第二阀门；所述下气路系统包括下布气管、下进气管、下排气管，下布气管嵌在炉芯的底壁槽内，下进气管穿过炉壳和炉芯与下布气管连通，下排气管设置在炉壳外面并与下进气管连通，在下进气管的入口处设置有第三阀门，在下排气管的出口处设置有第四阀门。

2.根据权利要求1所述的一种双向气氛氮化硅烧结炉，其特征在于：所述抽真空系统包括真空泵，真空泵和炉壳之间通过抽气管连接，抽气管的一端伸入到炉壳内部，在所述抽气管上还设置有电磁阀和过滤缓冲罐。

3.根据权利要求1所述的一种双向气氛氮化硅烧结炉，其特征在于：所述炉壳为双层结构，在炉壳的底部设置有进水管，在炉壳的顶部设置有出水管，所述进水管和出水管均与双层结构的内部空间连通。

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