CN220746076U - 一种化学气相沉积炉气体预热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的一种化学气相沉积炉气体预热装置，包括下预热板和上预热板，所述下预热板的顶面设置有下部涡状开口流道，所述上预热板的底面设置有上部涡状开口流道，所述上部涡状开口流道与下部涡状开口流道合拢构成涡状预热流道，所述涡状预热流道内设置有多个预热球。采用本申请的化学气相沉积炉气体预热装置，确保了气体充分预热的同时，兼顾了装炉量和产品质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及化学气相沉积技术领域，具体涉及一种化学气相沉积炉气体预热装置。
背景技术
碳/碳复合材料由于其独特的性能(密度低、优异的力学及热学等性)，已广泛应用于航空航天、汽车工业、医学、化工、新能源等领域。
制备碳/碳复合材料的关键工序为化学气相沉积增密，化学气相沉积工艺是将碳源气体(甲烷、丙烷、丙烯等)以及载气(氮气、氢气等)通入沉积炉炉内，在高温下进行裂解、聚合，同时不断向炉内工件的孔隙中扩散及渗透，最终以热解碳的形式填充于孔隙内达到增密的目的。温度是化学气相沉积工艺的关键控制点，未经预热的气体进入沉积炉恒温区，会使炉内料柱的上下温差进一步扩大，将影响部分产品的增密效率，甚至可能导致产品性能不合格而报废。
为了解决以上问题，通常先将气体进行预热后再通入炉内恒温区，避免产品致密化效率低及产品质量问题。
目前化学气相沉积工艺气体预热主要为两种装置：圆筒式预热装置和层板式预热装置。圆筒式预热装置主要包括石墨圆筒、置于石墨圆筒内的分气罩以及置于石墨圆筒上的工件支撑板，气体通过管道通入分气罩内，然后从分气罩的开孔进入石墨圆筒，再流经工件支撑板的通孔进入恒温区。该方式对气体的预热由于换热时间(行程)短，导致预热不充分，如通过增加预热装置的尺寸延长换热时间，将降低单炉装炉量。层板式预热装置相比圆筒式预热装置，是将圆筒内的分气罩更换为石墨层板(设计有网状通孔)，气体通过管道首先进入层板之间的空隙层，然后流经层板的网状通孔到达上层层板之间的空隙层，由于层板网状通孔位置的交错设计，使得气流的换热时间(行程)延长，气体预热相对充分。但该预热装置需要多层层板及层板间空隙层的存在，在高度方向上仍需占用一定空间，同样影响装炉量。
如何解决气体有效预热的同时又兼顾空间利用，是预热装置设计的关键点。专利CN 108588678 A设计一种预热充分，在工件叠放后内径形成的空间结构中设置预热装置，不占用有效装料空间的预热装置，提高了生产效率。专利CN 104451603A采用内部安装了气流板的圆筒式结构预热装置，并位于预制体料柱的中心，不占用有效的反应空间。以上解决方案皆将预热装置设置于堆叠工件形成的内腔空隙位置，兼顾了预热和装炉量，但气体流场在工件内腔高度方向上(有预热装置和无预热装置的区域)不一致，可能使热解碳微观结构差异大而导致产品质量不一致性的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种化学气相沉积炉气体预热装置，以便使气体充分预热的同时，兼顾装炉量和产品质量。
本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：
一种化学气相沉积炉气体预热装置，包括下预热板和上预热板，所述下预热板的顶面设置有下部涡状开口流道，所述上预热板的底面设置有上部涡状开口流道，所述上部涡状开口流道与下部涡状开口流道合拢构成涡状预热流道，所述涡状预热流道内设置有多个预热球。
进一步，所述下部涡状开口流道内沿流向间隔设置有多个限位凸台，相邻两个限位凸台之间形成预热球活动节段，所述预热球活动节段内设置有至少一个预热球。
进一步，所述限位凸台的顶面开设有气流槽。
进一步，所述涡状预热流道的外侧端为进气口，内侧端为出气口。
进一步，所述进气口设置有通气栏栅。
进一步，所述出气口呈锥形状。
本实用新型的有益效果：
本申请的化学气相沉积炉气体预热装置，包括下预热板和上预热板，所述下预热板的顶面设置有下部涡状开口流道，所述上预热板的底面设置有上部涡状开口流道，所述上部涡状开口流道与下部涡状开口流道合拢构成涡状预热流道，所述涡状预热流道内设置有多个预热球。本申请的气体预热装置，一方面，通过布设涡状预热流道，延长了气体预热行程和时间，保证了气体预热的充分性；另一方面，整体占用空间小，保证了装炉量。此外，预热过程不会对工件的气流场产生影响，保证了产品质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
图1为本实用新型优选实施例的装配示意图；
图2为下预热板放置有预热球的示意图；
图3为下预热板的示意图；
图4为上预热板的示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。显然,所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1至图4所示，本实施例提供了一种化学气相沉积炉气体预热装置，包括下预热板1和上预热板2，所述下预热板的顶面设置有下部涡状开口流道7，所述上预热板的底面设置有上部涡状开口流道10，所述上部涡状开口流道与下部涡状开口流道合拢构成涡状预热流道6，所述涡状预热流道内设置有多个预热球3。所述涡状预热流道的外侧端为进气口5，内侧端为出气口4；所述进气口设置有通气栏栅9，所述出气口呈锥形状。通气栏栅能避免预热球从进气口掉落；锥形状的出气口有利于提高出气口的气体流速。
所述下预热板、上预热板以及预热球所使用的材料要求能长期在1000～1200℃左右的高温下不发生物理化学变化，可以为碳/碳复合材料、石墨、氧化铝、氧化锆、氮化硼、碳化硼、碳化硅；所述上、下预热板的密度大于等于1.80g/cm3，所述预热球的密度大于等于3.0g/cm3；预热球密度大于等于3.0g/cm3，相比低密度的碳材料，可极大提升预热球的蓄热量，可为气体的充分预热提供热量基础。
对气体进行预热时，将上、下预热板以及预热球加热到预热温度，待预热气体从进气口流入，沿涡状预热流道流动，通过上、下预热板以及预热球对气体进行预热。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述下部涡状开口流道内沿流向间隔设置有多个限位凸台8，相邻两个限位凸台之间形成预热球活动节段，所述预热球活动节段内设置有至少一个预热球。一方面，将预热球分节段限定在两个相邻限位凸台之间的圆弧状的预热球活动节段内，可避免预热球在涡状预热流道内拥挤严重而影响气体流通的顺畅性，另一方面，预热球在预热球活动节段内自由滚动，有利于气体之间相互碰撞，使气体均匀预热；同时，也有利于气体与预热构件(包括上、下预热板以及预热球)之间的热交换，可使预热更充分。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述限位凸台的顶面开设有气流槽801。以便改善气体流经限位凸台处的顺畅性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种化学气相沉积炉气体预热装置，其特征在于：包括下预热板和上预热板，所述下预热板的顶面设置有下部涡状开口流道，所述上预热板的底面设置有上部涡状开口流道，所述上部涡状开口流道与下部涡状开口流道合拢构成涡状预热流道，所述涡状预热流道内设置有多个预热球。
2.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉气体预热装置，其特征在于：所述下部涡状开口流道内沿流向间隔设置有多个限位凸台，相邻两个限位凸台之间形成预热球活动节段，所述预热球活动节段内设置有至少一个预热球。
3.根据权利要求2所述的化学气相沉积炉气体预热装置，其特征在于：所述限位凸台的顶面开设有气流槽。
4.根据权利要求3所述的化学气相沉积炉气体预热装置，其特征在于：所述涡状预热流道的外侧端为进气口，内侧端为出气口。
5.根据权利要求4所述的化学气相沉积炉气体预热装置，其特征在于：所述进气口设置有通气栏栅。
6.根据权利要求5所述的化学气相沉积炉气体预热装置，其特征在于：所述出气口呈锥形状。
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