CN216237272U - 一种竖向连续式气相沉积炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种竖向连续式气相沉积炉，涉及复合材料制造设备领域。本实用新型沉积炉内竖直方向依次设置有准备区、沉积区和冷却区，沉积炉顶部设置有通过吊绳与炉内的预制体相连的升降机构；沉积区内安装有加热器或感应线圈；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；法兰盘内以及沉积炉内位于沉积区的内壁上设置有循环水冷层。本实用新型能够做到同一个沉积炉内对单个制备件在三个区内分别进行连续性的进行预热、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，降低了反复升降温所带来的的能量损耗，节约了时间，方便进料和出料动作，可控性强，沉积效率高。

Description

一种竖向连续式气相沉积炉

技术领域

本实用新型属于复合材料制造设备领域，特别是涉及一种竖向连续式气相沉积炉。

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，因此提供一种竖向连续式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竖向连续式气相沉积炉，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：

本实用新型的一种竖向连续式气相沉积炉，所述沉积炉内竖直方向依次设置有准备区、沉积区和冷却区，所述沉积炉顶部设置有传递物料的升降机构；升降机构通过吊绳与炉内的预制体物料相连；

所述沉积区内安装有加热器或感应线圈，所述沉积区侧部设置有主进气管；

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，所述准备区、沉积区和冷却区的相邻端部环形开口设置为法兰盘，所述法兰盘内以及沉积炉内位于沉积区的内壁上设置有循环水冷层。

进一步地，所述沉积炉内位于沉积区的马弗内壁上设置有第一保温层，所述第一保温层优选为使坩埚自发热的陶瓷保温材料，所述第一保温层位于沉积区的内壁循环水冷层的外侧部。

进一步地，所述沉积区与冷却区之间的炉侧壁开设有第一环形开口，通过对称设置于炉外两侧的第一推拉机构推拉两第一隔板于第一环形开口位置进出实现两区的连通和封闭；由所述第一推拉机构驱动的两第一隔板合并后形状与沉积炉炉内横截面形状相同，且所述第一隔板表面开设有两个第一半圆形孔，合并后形成用于吊绳挤压配合走线的中心圆孔，所述第一隔板表面设有一圈与第一环形开口上带循环水冷层法兰盘紧密配合的第一密封圈。

进一步地，所述沉积区与准备区之间的炉侧壁开设有第二环形开口，通过对称设置于炉外两侧的第二推拉机构推拉两第二隔板于第二环形开口位置进出实现两区的连通和封闭；由所述第二推拉机构驱动的两第二隔板合并后形状与沉积炉炉内横截面形状相同，且所述第二隔板表面开设有两个第二半圆形孔，合并后形成用于吊绳挤压配合走线的中心圆孔；所述第二隔板表面设有一圈与第二环形开口上带循环水冷层法兰盘紧密配合的第二密封圈。

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、碳碳或钨钼耐高温材料。

进一步地，准备区侧部设置有与第一气体吹入管和第一气体排气管；所述准备区内侧壁设置有第二保温层，所述第二保温层采用碳碳材料或陶瓷材料。

进一步地，所述冷却区侧部设有第二气体吹入管，侧部设置有第二气体排气管。

本实用新型相对于现有技术包括有以下有益效果：

1、本实用新型的竖向连续式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内对单个制备件在三个区内分别进行连续性的进行预热、沉积和冷却，并依次连续性的转换，具有整体过程连续、递进、采用一个炉体即可完成，相对于现有的间歇式的沉积炉，大大降低了反复升降温所带来的的能量损耗，提高了沉积速度和效率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、本实用新型的竖向连续式气相沉积炉采用升降吊装的方式，便捷性的实现预制体的放置或取出或进入工作工位，方便进料和出料动作，可控性强；

3、本实用新型的竖向连续式气相沉积炉的沉积区内采用局部位置的沉积加热，相对于现有的间歇式的沉积炉，具有更加均匀的沉积效果和更优的沉积效率。

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为本实用新型具体实施例1的一种竖向连续式气相沉积炉的外结构示意图；

图2为图1的内部透视结构图；

图3为图2中B位置的局部放大图；

图4为本实用新型具体实施例1的第一隔板结构及与第一推垃机构相配合的结构示意图；

图5为本实用新型具体实施例1的第二隔板结构及与第二推垃机构相配合的结构示意图；

图6为本实用新型具体实施例2的第一隔板结构及与第一推垃机构相配合的结构示意图；

图7为为本实用新型具体实施例2的第二隔板结构及与第二推垃机构相配合的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-沉积区，101-主进气管，102-第二密封门，2-准备区，201-第一密封门，202-第一气体吹入管，203-第一气体排气管，204-第二保温层，3-冷却区，301-第三密封门，302-第二气体吹入管，303-第二气体排气管，4-第一推拉机构，401-第一顶举头，5-第二推拉机构，501-第二顶举头，6-升降机构，601-吊绳，7-第一隔板，701-第一半圆形孔，702-第一密封圈，8-第二隔板，804-第一半圆形孔，805-第二密封圈，9-加热器，10-加热电源，A-预制体。

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“内”、“竖直方向上”、“侧部”、“外部”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，本实用新型的一种竖向连续式气相沉积炉，沉积炉内竖直方向由下至上依次设置有准备区2、沉积区1和冷却区3，沉积炉顶部设置有传递物料的升降机构6，升降机构6通过吊绳601与炉内的预制体A物料相连，升降机构6本具体实施例具体采用卷扬机，预制体A采用坩埚，吊绳601采用耐高温高强度的碳碳纤维编织绳；

沉积区1内安装有加热器9或感应线圈，本具体实施例采用具体为加热器；侧部设置有主进气管101，主进气管用于将甲烷气体以及氮气注入进行加热沉积动作；

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201、第二密封门102、第三密封门301；上述密封门可以打开,第一密封门201用于开闭供底部进行预制件的上架与安装，第二密封门102用于开闭供沉积区1内的加热器9的安装与检修；第三密封门301用于开闭供沉积制成品的开闭取料。

其中，准备区2、沉积区1和冷却区3的相邻端部环形开口设置为法兰盘，法兰盘内以及沉积炉内位于沉积区1的内壁上设置有循环水冷层；

其中，沉积炉内位于沉积区1的马弗内壁上设置有第一保温层，第一保温层优选为使坩埚自发热的陶瓷保温材料，第一保温层位于沉积区1的内壁循环水冷层的外侧部。

其中，沉积区1与冷却区3之间的炉侧壁开设有第一环形开口，通过对称设置于炉外两侧的第一推拉机构4推拉两第一隔板7于第一环形开口位置进出实现两区的连通和封闭；由第一推拉机构4驱动的两第一隔板7合并后形状与沉积炉炉内横截面形状相同，其具体形状为圆形，即第二隔板8的形状为半圆形，且第一隔板7表面开设有两个第一半圆形孔701，合并后形成用于吊绳601挤压配合走线的中心圆孔，所述第一隔板7表面设有一圈与第一环形开口上带循环水冷层法兰盘紧密配合的第一密封圈702。

其中，沉积区1与准备区2之间的炉侧壁开设有第二环形开口，通过对称设置于炉外两侧的第二推拉机构5推拉两第二隔板8于第二环形开口位置进出实现两区的连通和封闭；由第二推拉机构5驱动的两第二隔板8合并后形状与沉积炉炉内横截面形状相同，且第二隔板8表面开设有两个第二半圆形孔804，合并后形成用于吊绳601挤压配合走线的中心圆孔；所述第二隔板8表面设有一圈与第二环形开口上带循环水冷层法兰盘紧密配合的第二密封圈805；

其中，本技术方案的炉体以及第一隔板7和第二隔板8均采用耐高陶制材料。

其中，加热器9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；本实施例优选圆形整体加热器；加热器9材质采用石墨、碳碳或钨钼耐高温材料等其它耐高温材料；本实施例优选石墨材质。

对应的本具体实施例中的加热器9具体采用的是额定功率为150kw的圆形整体加热器，每次升温具体是由起始的10kw功率，以10kw增量功率进行递增，对应的温度变化为，炉内加热位置的温度由起始常温状逐渐随功率增加而逐步升温，温度从常温每分钟以5℃的增量进行升高，直至升高至1050℃的温度点进行保持，炉内单个预制体A进行感应加热维持的时间长度本具体实施例具体为12小时；整个气相沉积炉由后台的PLC控制系统进行控制每个机构的运行的动作、顺序、时间和力度；对于不同的尺寸大小的预制体A可采用不同对应的加热功率，如内径更大的30英寸的坩埚，提供的加热器9的额定功率相对更大，其额定功率能达到180kw，对于36英寸的坩埚，额定功率设计为250kw。

其中，主进气管101用于在整个过程中对炉内吹入氮气和丙烷气体，在整个炉体工作结束后由第一气体排气管203和第二气体排气管303将内部气体抽出；具体的动作是，在第一封闭门201或第二密封门301在开门或关门时，丙烷气体停止送气，并且停止抽真空，惰性气体流量保持炉内微正压，具体的压强控制在110kpa以上。

其中，准备区2侧部设置有与第一气体吹入管202和第一气体排气管203；准备区2内侧壁设置有第二保温层204，第一气体吹入管202用于吹入氮气，第一气体排气管203用于排气泄压，第二保温层204采用碳碳材料或陶瓷材料。

其中，冷却区3侧部设有第二气体吹入管302，侧部设置有第二气体排气管303，第二气体吹入管302用于吹入氮气，第二气体排气管303用于排气泄压。

第一推拉机构4采用油缸或电缸，其第一顶举头401与第一隔板7侧部相连；

第二推拉机构5采用油缸或电缸，其第二顶举头501与第二隔板8侧部相连；

加热器9或感应线圈与加热电源10相连；加热电源10采用中频电源。

具体实施例2：

如图6-7所示，本具体实施例与实施例1的区别在于：

其中，沉积炉内竖直方向由上至下依次设置有准备区2、沉积区1和冷却区3；加热器9采用方形整体加热器，材质优选碳碳材质；由第一推拉机构4驱动的两第一隔板7合并后形状与沉积炉炉内横截面形状相同，其具体形状为方形，即第一隔板7的形状为长方形；由第二推拉机构5驱动的两第二隔板8合并后形状与沉积炉炉内横截面形状相同，其具体形状为方形，即第二隔板8的形状为长方形，此为现有技术无需赘述。

本实用新型的竖向连续式气相沉积炉的工作方法是：

S01、待加工的预制体A通过第一密封门201放进准备区2内并由升降机构6降下的吊绳601进行拴紧，在准备区2内由内侧壁上的感应线圈进行预加热，并同时由第一气体吹入管202和第一气体排气管203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A通过吊绳601吊起或降下，由第二推拉结构5向外拉出第二隔板8，使准备区2和沉积区1相连通，此时预制体A完全进入沉积区内部，并被加热器9所包裹，同时由第二推拉结构5向内推进第二隔板8，使准备区2和沉积区1相隔离；加热器9进行加热使炉腔内温度达到1050摄氏度负压状态，单个预制体A进行沉积的停留时间为12hr；这一过程中，不断地通过主进气管101将甲烷和氮气混合气输入至炉腔内，一起与预制体加热反应；这一过程中，关闭第一密封门201和第三封闭门301，并且同时进行抽真空动作，抽真空时，本具体实施例氮气的通入流量为4000L/min，丙烷气体的通入流量为320L/min；

S03、于沉积区1内制备完成后形成复合材料，主进气管101停止送气，通过升降机构6拉升或下降，使沉积区1内的复合材料由加热器9位置相分离，由第一推拉结构4向外推进第一隔板7，使冷却区3和沉积区1相连通，此时由预制体A形成的形成复合材料完全进入冷却区3内部进行冷却；这一过程中，同时由第二气体吹入管302和第二气体排气管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，并由第三封闭门301取出制备好的复合材料，停止抽真空，惰性气体流量保持炉内微正压，具体的压强控制在110kpa以上，然后继续重复S02-S03的步骤，使预制体A能够连续递进式的在炉内完成准备、沉积和冷却动作，连续性的于顶部第三密封门位置取出由预制体A制备完成的复合材料；

上述实验过程如下：抽真空→加热→恒温→通气→关气→降温，抽真空时，氮气流量为4000L/min,丙烷流量为320L/min，沉积温度为1050℃，停留时间为12hr。

相对于现有的间歇式的沉积炉，通过定量定性话的数据统计，同样尺寸、容积的沉积炉，制备相同数量的碳碳坩埚，本技术方案的竖向连续递进式气相沉积炉所使用的气体量为间歇式的沉积炉的0.7倍，单个碳碳坩埚制备的时间节省至少0.4hr，通过采集由本技术方案横向连续递进式气相沉积炉制备的碳碳坩埚表面的6个等间距的位置点，获取该位置点的沉积厚度，发现其沉积厚度差为3-5mm，均匀性较高，而采用间歇式的沉积炉所制备的坩埚表面的6个等间距的位置点，这些点的位置沉积厚度差为8-12mm，波动相对比较大，本技术方案具有更优更均匀的沉积效率。

有益效果：

1、本实用新型的竖向连续式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内对单个制备件在三个区内分别进行连续性的进行预热、沉积和冷却，并依次连续性的转换，具有整体过程连续、递进、采用一个炉体即可完成，相对于现有的间歇式的沉积炉，大大降低了反复升降温所带来的的能量损耗，提高了沉积速度和效率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、本实用新型的竖向连续式气相沉积炉采用升降吊装的方式，便捷性的实现预制体的放置或取出或进入工作工位，方便进料和出料动作，可控性强；

3、本实用新型的竖向连续式气相沉积炉的沉积区内采用局部位置的沉积加热，相对于现有的间歇式的沉积炉，具有更加均匀的沉积效果和更优的沉积效率。

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 (10)

1.一种竖向连续式气相沉积炉，其特征在于，所述沉积炉内竖直方向依次设置有准备区(2)、沉积区(1)和冷却区(3)，所述沉积炉顶部设置有传递物料的升降机构(6)；

所述沉积区(1)内安装有加热器(9)或感应线圈，所述沉积区(1)侧部设置有主进气管(101)；

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(201)、第二密封门(102)、第三密封门(301)。

2.根据权利要求1所述的一种竖向连续式气相沉积炉，其特征在于，所述升降机构(6)通过吊绳(601)与炉内的预制体(A)物料相连。

3.根据权利要求1所述的一种竖向连续式气相沉积炉，其特征在于，所述准备区(2)、沉积区(1)和冷却区(3)的相邻端部环形开口设置为法兰盘，所述法兰盘内以及沉积炉内位于沉积区(1)的内壁上设置有循环水冷层。

4.根据权利要求3所述的一种竖向连续式气相沉积炉，其特征在于，所述沉积炉内位于沉积区(1)的马弗内壁上设置有第一保温层，所述第一保温层为使坩埚自发热的陶瓷保温材料，所述第一保温层位于沉积区(1)的内壁循环水冷层的外侧部。

5.根据权利要求1所述的一种竖向连续式气相沉积炉，其特征在于，所述沉积区(1)与冷却区(3)之间的炉侧壁开设有第一环形开口，通过对称设置于炉外两侧的第一推拉机构(4)推拉两第一隔板(7)于第一环形开口位置进出实现两区的连通和封闭；由所述第一推拉机构(4)驱动的两第一隔板(7)合并后形状与沉积炉炉内横截面形状相同，且所述第一隔板(7)表面开设有两个第一半圆形孔(701)，合并后形成用于吊绳(601)挤压配合走线的中心圆孔，所述第一隔板(7)表面设有一圈与第一环形开口上带循环水冷层法兰盘紧密配合的第一密封圈(702)。

6.根据权利要求1所述的一种竖向连续式气相沉积炉，其特征在于，所述沉积区(1)与准备区(2)之间的炉侧壁开设有第二环形开口，通过对称设置于炉外两侧的第二推拉机构(5)推拉两第二隔板(8)于第二环形开口位置进出实现两区的连通和封闭；由所述第二推拉机构(5)驱动的两第二隔板(8)合并后形状与沉积炉炉内横截面形状相同，且所述第二隔板(8)表面开设有两个第二半圆形孔(804)，合并后形成用于吊绳(601)挤压配合走线的中心圆孔；所述第二隔板(8)表面设有一圈与第二环形开口上带循环水冷层法兰盘紧密配合的第二密封圈(805)。

7.根据权利要求1所述的一种竖向连续式气相沉积炉，其特征在于，所述加热器(9)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。

8.根据权利要求6所述的一种竖向连续式气相沉积炉，其特征在于，所述加热器(9)材质采用石墨、碳碳或钨钼耐高温材料。

9.根据权利要求1所述的一种竖向连续式气相沉积炉，其特征在于，所述准备区(2)侧部设置有与第一气体吹入管(202)和第一气体排气管(203)；所述准备区(2)内侧壁设置有第二保温层(204)，所述第二保温层(204)采用碳碳材料或陶瓷材料。

10.根据权利要求1所述的一种竖向连续式气相沉积炉，其特征在于，所述冷却区(3)侧部设有第二气体吹入管(302)，侧部设置有第二气体排气管(303)。

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