CN218507844U - 一种高温超高真空热处理设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于高温超高真空热处理技术领域，具体涉及一种高温超高真空热处理设备；该设备包括：内腔加热炉、外炉和真空系统；内腔加热炉内设置有用于盛放样品的样品盒，样品盒外套设有加热器；外炉套设在内腔加热炉的外部；真空系统与内腔加热炉和外炉连接，用于对内腔加热炉的内部以及内腔加热炉和外炉之间的空腔抽真空。该设备的真空系统相比常规设备额外增加内腔加热炉外第二层真空腔，能够达到优良的真空度。

Description

一种高温超高真空热处理设备

技术领域

本申请属于高温超高真空热处理技术领域，具体涉及一种高温超高真空热处理设备。

背景技术

热处理实验是将材料在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却到室温的一种热加工工艺，适用于核能、冶金、材料等领域样品在制备或性能改善过程。其目的是为了改变材料的内部组织结构，对材料的母相和析出相等微观结构进行调控，进而有效控制合金的显微组织和性能。恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊、粉末冶金等加工制备工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，消除偏析，降低内应力，以方便研究者的下一步分析和测试。

在聚变堆研究领域中，所处环境苛刻的未来聚变反应堆的结构材料和先进裂变反应堆的燃料包壳材料的候选者的开发及性能检测成为目前研究的重点。而其候选结构材料的后续热处理加工和性能测试过程中高温热稳定性等性能的测试都离不开高温超高真空热处理设备。对于一些有着特殊要求的候选结构材料，如钒合金、氧化物弥散强化钢、钨等，其热处理过程中还需要满足足够高的热处理温度和真空度。因此开发一种高温超高真空适用于各种样品的热处理实验装置对于聚变堆材料研究大有裨益。

而从目前现有的一些已有的真空热处理炉来看，其实验温度范围无法满足需要，且高温条件的真空度水平较低，一般为1×10^-3～1×10^-2Pa级。而这无法满足易发生氧化的材料的高温热处理实验。

实用新型内容

本申请目的是提供一种高温超高真空热处理设备，解决目前已有的真空热处理炉实验温度范围无法满足需要，且高温条件的真空度水平较低，无法满足易发生氧化的材料的高温热处理实验的问题。

实现本申请目的的技术方案：

本申请实施例提供了一种高温超高真空热处理设备，所述设备，包括：内腔加热炉、外炉和真空系统；

所述内腔加热炉内设置有用于盛放样品的样品盒，所述样品盒外套设有加热器；所述外炉套设在所述内腔加热炉的外部；

所述真空系统与所述内腔加热炉和所述外炉连接，用于对所述内腔加热炉的内部以及所述内腔加热炉和所述外炉之间的空腔抽真空。

可选的，所述真空系统，包括：第一泵系统和第二泵系统；

所述第一泵系统，包括分子泵；所述分子泵通过抽真空管道与所述内腔加热炉连接，用于对所述内腔加热炉的内部抽真空；

所述第二泵系统与所述外炉连接，用于所述内腔加热炉和所述外炉之间的空腔抽真空。

可选的，所述抽真空管道上设置有单向阀。

可选的，所述抽真空管道上设置有用于向所述内腔加热炉充气的炉内充气装置接口。

可选的，所述内腔加热炉，包括：内炉体和内炉门；

所述内炉体和所述内炉门之间通过第一法兰连接；所述内炉门的密封处通过橡胶圈密封；所述内炉体和所述抽真空管道之间通过第二法兰连接；

所述外炉，包括：外炉体和外炉门；

所述外炉门上设置有观测孔。

可选的，所述第一法兰和所述第二法兰的密封采用刀口密封的方式，所述第一法兰和所述第二法兰的一周采用螺栓连接紧固压紧无氧铜密封圈。

可选的，所述设备，还包括：水冷系统；

所述外炉的真空室壁及所述加热器的加热电极接所述水冷系统的水冷管道；所述内腔加热炉的真空室壁和炉门接所述水冷系统的水冷管道；

在所述真空系统与所述内腔加热炉连接的管道外侧加装特制水套冷却回路连接所述水冷系统。

可选的，所述样品盒与金属空心棒相连，从所述金属空心棒中心穿过用于测量样品温度的柔性高温热电偶直接接触所述样品盒中的样品，所述金属空心棒的另一端连接所述内腔加热炉的炉门；

所述柔性高温热电偶和所述内腔加热炉内的隔热材料均为耐高温的致密材料。

可选的，所述样品盒通体由钽或钼制成；所述金属空心棒由钽或钼制成。

可选的，所述加热器采用高熔点金属丝加热。

本申请的有益技术效果在于：

本申请实施例提供了一种高温超高真空热处理设备，能够满足热处理实验的各种条件，特别是需要在高温超高真空环境下进行的实验，设备最高测试温度可达到1600℃，真空度达到1.0×10^-5Pa级，可用于开展热处理相关实验。该设备的真空系统相比常规设备额外增加内腔加热炉外第二层真空腔，能够达到优良的真空度；采用可更换的柔性热电偶直接接触样品，测温准确，适用于超高真空下高温热处理实验。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种高温超高真空热处理设备的结构示意图。

图中：

1-内腔加热炉；11-样品盒；12-加热器；13-内炉体；14-内炉门；15-金属空心棒

2-外炉；21-外炉体；22-外炉门；23-观测孔；

3-真空系统；31-分子泵；32-抽真空管道；33-罗茨泵；34-单向阀；35-炉内充气装置接口；36-第二法兰；37-水套冷却回路。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚-完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本申请实施例中的一部分，而不是全部。基于本申请记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本申请保护的范围内。

本申请发明人在研究中发现，目前现有的一些已有的真空热处理炉来看，其实验温度范围无法满足需要，且高温条件的真空度水平较低，无法满足易发生氧化的材料的高温热处理实验。为此，需要研制一种满足易发生氧化的材料的高温热处理实验的高温超高真空热处理设备，而其中对于高温下超高真空腔室的设计加工、区域内样品温度的实时准确测量、加热和冷却过程中加热温度和升温速率的精确控制等都是全新的技术难点。

为此，本申请实施例提供了一种高温超高真空热处理设备，能够满足热处理实验的各种条件，特别是需要在高温超高真空环境下进行的实验，设备最高测试温度可达到1600℃，真空度达到1.0×10^-5Pa级，可用于开展热处理相关实验。该设备的真空系统相比常规设备额外增加内腔加热炉外第二层真空腔及配套泵组，能够达到优良的真空度。

基于上述内容，为了清楚、详细的说明本申请的上述优点，下面将结合附图对本申请的具体实施方式进行说明。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种高温超高真空热处理设备的结构示意图。

本申请实施例提供的一种高温超高真空热处理设备，包括：内腔加热炉1、外炉2和真空系统3；

内腔加热炉内1设置有用于盛放样品的样品盒11，样品盒11外套设有加热器12；外炉2套设在内腔加热炉1的外部；

真空系统3与内腔加热炉1和外炉2连接，用于对内腔加热炉1的内部以及内腔加热炉1和外炉2之间的空腔抽真空。

在本申请实施例中，比常规设备额外增加内腔加热炉内1外第二层真空腔(即内腔加热炉1和外炉2之间的空腔)，能够进一步降低内层真空室的漏率，达到优良的真空度。该设备适用于要求高温超高真空环境下的样品的测试，设备最高测试温度可达到1600℃，高温真空度可优于1.0×10^-4Pa级。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，真空系统3，包括：第一泵系统和第二泵系统；

第一泵系统，包括分子泵31；分子泵31通过抽真空管道32与内腔加热炉1连接，用于对内腔加热炉2的内部抽真空；

第二泵系统与外炉2连接，用于内腔加热炉1和外炉2之间的空腔抽真空。

可以理解的是，分子泵31的冷态最高真空度可优于9.0×10^-6Pa，所需抽真空时间大致1小时，而将真空抽至1×10^-4Pa级别则只需要约20分钟，能够满足热处理实验的各种条件，特别是需要在高温超高真空环境下进行的实验。

在一个例子中，第一泵系统还包括与分子泵31连接的罗茨泵33。第二泵系统可以包括油泵，用于对内腔加热炉1和外炉2之间的空腔抽真空。

在具体实施时，为了保证了真空腔室的密封性，抽真空管道32上设置有单向阀34，当关闭所有泵之后，真空腔室依然能够保持较高真空状态。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，抽真空管道32上设置有用于向内腔加热炉充气的炉内充气装置接口35，使得设备能够快速冷却，满足部分特定样品的要求。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，内腔加热炉1，包括：内炉体13和内炉门14；

内炉体13和内炉门14之间通过第一法兰连接；内炉门14的密封处通过橡胶圈密封；内炉体14和抽真空管道32之间通过第二法兰36连接；

外炉2，包括：外炉体21和外炉门22；

外炉门22上设置有观测孔23，用于观测炉内的情况。

在实际应用中，内炉门14的密封处采用可更换的含氟橡胶圈，实现高温下高的真空度。

在一个例子中，第一法兰和第二法兰36的密封采用刀口密封的方式，第一法兰和第二法兰36的一周采用螺栓连接紧固压紧无氧铜密封圈，达到真空密封的效果。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，为保证真空管道的温度接近室温，防止金属密封法兰处受热变形，保证高温高超真空环境下设备的稳定运行和测试员的安全，该设备，还包括：水冷系统；

外炉2的真空室壁及加热器12的加热电极接水冷系统的水冷管道；内腔加热炉1的真空室壁和内炉门14接水冷系统的水冷管道；

在真空系统3与内腔加热炉1连接的管道外侧加装特制水套冷却回路37连接水冷系统。

可以理解的是，水冷系统为内外双层，在真空系统3与内腔加热炉1连接处再加装特制弯管水冷系统(即水套冷却回路37)，以隔绝炉体外温度，保证高温环境或紧急情况下整套设备与工作人员的安全性。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，为了实现准确测温，样品盒11与金属空心棒15相连，从金属空心棒15中心穿过用于测量样品温度的柔性高温热电偶直接接触样品盒11中的样品，金属空心棒15的另一端连接内腔加热炉1的炉门13；

在实际应用中，金属空心棒15上可以安装多层隔热材料屏蔽加热区往炉门的漏热。作为一个示例，柔性高温热电偶和内腔加热炉内的隔热材料可以均为耐高温的致密材料，升温过程中不会反应放出气体影响设备的真空度。可以理解的是，温度测量采用的是可更换的直接接触样品的柔性高温热电偶，控温准确，精度为±1℃，升温速率为1℃/min-40℃/min，且连续可调。

在一个例子中，样品盒11通体由耐高温的钽或钼制成；金属空心棒15由钽或钼制成。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，加热器12采用高熔点金属丝加热，最高加热温度可达1600℃。

在实际应用中，控制部分可以为一体式控制柜，控制真空系统3及加热电源的开启关闭，而控制柜中央显示屏的实验记录与加热控制区域可以实现对实验数据的在线测量记录与修改。

上面结合附图和实施例对本申请作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。本申请中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (10)

1.一种高温超高真空热处理设备，其特征在于，所述设备，包括：内腔加热炉、外炉和真空系统；

所述内腔加热炉内设置有用于盛放样品的样品盒，所述样品盒外套设有加热器；所述外炉套设在所述内腔加热炉的外部；

所述真空系统与所述内腔加热炉和所述外炉连接，用于对所述内腔加热炉的内部以及所述内腔加热炉和所述外炉之间的空腔抽真空。

2.根据权利要求1所述的高温超高真空热处理设备，其特征在于，所述真空系统，包括：第一泵系统和第二泵系统；

所述第一泵系统，包括分子泵；所述分子泵通过抽真空管道与所述内腔加热炉连接，用于对所述内腔加热炉的内部抽真空；

所述第二泵系统与所述外炉连接，用于所述内腔加热炉和所述外炉之间的空腔抽真空。

3.根据权利要求2所述的高温超高真空热处理设备，其特征在于，所述抽真空管道上设置有单向阀。

4.根据权利要求2所述的高温超高真空热处理设备，其特征在于，所述抽真空管道上设置有用于向所述内腔加热炉充气的炉内充气装置接口。

5.根据权利要求2所述的高温超高真空热处理设备，其特征在于，所述内腔加热炉，包括：内炉体和内炉门；

所述内炉体和所述内炉门之间通过第一法兰连接；所述内炉门的密封处通过橡胶圈密封；所述内炉体和所述抽真空管道之间通过第二法兰连接；

所述外炉，包括：外炉体和外炉门；

所述外炉门上设置有观测孔。

6.根据权利要求5所述的高温超高真空热处理设备，其特征在于，所述第一法兰和所述第二法兰的密封采用刀口密封的方式，所述第一法兰和所述第二法兰的一周采用螺栓连接紧固压紧无氧铜密封圈。

7.根据权利要求1所述的高温超高真空热处理设备，其特征在于，所述设备，还包括：水冷系统；

所述外炉的真空室壁及所述加热器的加热电极接所述水冷系统的水冷管道；所述内腔加热炉的真空室壁和炉门接所述水冷系统的水冷管道；

在所述真空系统与所述内腔加热炉连接的管道外侧加装特制水套冷却回路连接所述水冷系统。

8.根据权利要求1所述的高温超高真空热处理设备，其特征在于，所述样品盒与金属空心棒相连，从所述金属空心棒中心穿过用于测量样品温度的柔性高温热电偶直接接触所述样品盒中的样品，所述金属空心棒的另一端连接所述内腔加热炉的炉门；

所述柔性高温热电偶和所述内腔加热炉内的隔热材料均为耐高温的致密材料。

9.根据权利要求8所述的高温超高真空热处理设备，其特征在于，所述样品盒通体由钽或钼制成；所述金属空心棒由钽或钼制成。

10.根据权利要求1所述的高温超高真空热处理设备，其特征在于，所述加热器采用高熔点金属丝加热。

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