DE69925434T2 - Gasdichte Reaktionsgaseinlassvorrichtung eines Ofens zur Gasphaseninfiltration bzw. -Beschichtung - Google Patents

Gasdichte Reaktionsgaseinlassvorrichtung eines Ofens zur Gasphaseninfiltration bzw. -Beschichtung Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND
  • Die Erfindung betrifft eine CVI-/CVD-Ofenvorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen abgedichteten Gaseinlass für einen Hochtemperatur-CVI-/CVD-Ofen.
  • EP-A-0 846 787 beschreibt ein Verfahren zur Verhinderung von Gaslecks um einen Gaseinlass herum, der durch eine Öffnung in einem Suszeptor-Boden in einem CVI-/CVD-Ofen verläuft, mit einem Schritt, in dem der Gaseinlass zu dem Suszeptor-Boden hinreichend fest angedichtet wird, um Gaslecks, die durch die um den Gaseinlass herum ausgebildete Öffnung auftreten könnten, zu blockieren.
  • Ferner ist in US-A-4,573,431 ein CVD-Diffusionsofen beschrieben, der eine Tür mit Öffnungen aufweist, in denen mehrere Gaseinlassrohre gleitbar angeordnet sind. In den Öffnungen sind geeignete Dichtringe angeordnet, um die Gaseinlassrohre in luftdichtem Dichteingriff mit den Öffnungen zu halten.
  • Das Verarbeiten hitzebeständiger Verbundstoffe wird bei erhöhten Temperaturen vorgenommen. Eine derartige Verarbeitung umfasst das CVI-/CVD-Auftragen einer bindenden Matrix in einer fasrigen Vorform-Struktur, und die Wärmebehandlung hitzebeständiger Verbundstoffe. Der Reaktanzgas-Einlass, über den das Reaktanzgas in das Ofenvolumen eingeführt wird, verläuft durch den Suszeptor-Boden in dem Ofen. Bei herkömmlichen Öfen ist der Gaseinlass nicht gegenüber dem Suszeptor-Boden abgedichtet, und es kann geschehen, dass reaktive Gase aus dem vom Suszeptor umschlossenen Volumen entweichen und an außerhalb des Suszeptors angeordneten Ofen-Komponenten vorbei sowie um diese herum hindurchtreten. Zu den reaktiven Gasen zählen das in dem CVI-/CVD-Vorgang verwendete Reak tanzgas und Gase, die während der für hitzebeständige Artikel vorgesehenen Wärmebehandlungs-Vorgänge erzeugt werden, z.B. bei der Karbonisierung oxidierter Polyacrylnitril-Faser-Vorformen. Das reaktive Gas kann Ofen-Komponenten angreifen. Die um den Suszeptor herum angeordnete poröse Isolierung ist besonders anfällig gegenüber Ätzung und Degradation. Der Einlass ist nicht abgedichtet, damit er sich während des Erwärmens und Abkühlens des Ofens relativ zu dem Suszeptor-Boden bewegen kann. Somit besteht der Wunsch nach einem Gaseinlass, bei dem verhindert wird, dass reaktives Gas durch den Suszeptor-Boden hindurchtritt, während der Gaseinlass dennoch die Möglichkeit hat, sich aufgrund von Differenzen in der Wärmeausdehnung und der Kontraktion relativ zu dem Suszeptor-Boden zu bewegen.
  • ÜBERBLICK
  • Gemäß der Erfindung wird ein Gaseinlass mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen vorgeschlagen. Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gaseinlass vorgeschlagen, der zum Durchleiten von Gas durch einen Suszeptor-Boden in einem CVI-/CVD-Ofen vorgesehen ist, wobei sich der Gaseinlass durch eine Öffnung in dem Suszeptor-Boden erstreckt, mit:
    einem undurchlässigen Rohr mit einer Außenfläche, und
    einer Buchse, die mindestens ein Ende des undurchlässigen Rohrs umgibt und mit der Außenfläche hinreichend eng passend zusammengreift, um während eines CVI-/CVD-Vorgangs ein Entweichen des Gases zwischen dem undurchlässigen Rohr und der Buchse zu verhindern, wobei die Buchse zum hinreichend intimen Zusammenwirken mit der im Suszeptor-Boden ausge bildeten Öffnung konfiguriert ist, um ein Entweichen des Gases an der Buchse vorbei zu blockieren.
  • Verschiedene weitere Aspekte der Erfindung werden in der detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen präsentiert.
  • 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Ofens, bei dem die gemäß der Erfindung vorgesehen Aspekte angewandt werden können.
  • 2 zeigt einen entlang der Linie 2-2 gemäß 1 angesetzten Querschnitt des Ofens.
  • 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Gaseinlasses gemäß der Erfindung.
  • 4 zeigt eine isometrische Ansicht einer Gaseinlass-Buchse gemäß der Erfindung.
  • 5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht einer Induktionsspulen-, Isolatwand- und Suszeptorwand-Konstruktion gemäß einem Aspekt der Erfindung.
  • 6 zeigt eine isometrische Ansicht eines Isolierblocks gemäß einem Aspekt der Erfindung.
  • 7 zeigt eine isometrische Ansicht eines Suszeptor-Blocks gemäß einem Aspekt der Erfindung.
  • 8 zeigt eine isometrische Schnittansicht eines Ofen-Quadranten gemäß einem Aspekt der Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In 18, die nicht maßstabsgerecht sind und in denen gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sind verschiedene Aspekte der Erfindung dargestellt. In der nun zu erläuternden 1 ist als Beispiel eine Schnittansicht eines Hochtemperaturofens gezeigt, bei dem verschiedene Aspekte der Erfindung implementiert werden können. Der Ofen 10 ist zur Verwendung in einem Hochtemperaturvorgang konfiguriert. In dem hier vorliegenden Kontext bezeichnet der Ausdruck "Hochtemperatur" eine Temperatur, die beträchtlich über der Raumtemperatur im Bereich von 300°C oder mehr liegt. Die Herstellung und/oder Verarbeitung hitzebeständiger Materialien erfolgt generell bei Temperaturen, die mehr als 300°C betragen und in der Größenordnung von 900–3000°C oder darüber liegen können. Beispielsweise kann eine porösen Kohlenstoff aufweisende Flugzeugbremse eine pyrolytische Kohlenstoffmatrix aufweisen, die in ihr mittels eines CVI-/CVD-Vorgangs aufgetragen ist, der bei einer Temperatur im Bereich von 900–1100°C oder mehr durchgeführt wird und die bei einer Temperatur bis zu 2200°C oder mehr wärmebehandelt werden kann. Das Herstellen und Verarbeiten anderer Typen keramischer Materialien kann bei anderen Temperaturen durchgeführt werden. Öfen sind üblicherweise speziell zum Verarbeiten hitzebeständiger Verbundstoffe mittels Hochtemperaturvorgängen konfiguriert. Zu diesen Vorgängen zählen das Auftragen einer bindenden Matrix in einem porösen Substrat, und Wärmebehandlungsvorgänge, bei denen hitzebeständige Verbundmaterialien eine definierte Zeitperiode lang erwärmt werden, um einen Aspekt der Materialeigenschaften zu ändern. Derartige Vorgänge sind auf dem Gebiet bekannt. In dem hier vorliegenden Kontext fallen unter den Ausdruck "hitzebeständige Verbundstoffe" faserige hitzebeständige Artikel, die vollständig oder teilweise von einer bindenden hitzebeständigen Matrix durchdrungen sind, und hitzebeständige Zwischenstrukturen (hitzebeständige faserige Vorform-Strukturen wie z.B. Kohlenstoff- oder Keramikfaser-Bremsscheiben-Vorformen).
  • Der Ofen 10 ist im Wesentlichen zylindrisch und weist eine Stahlhülle 12 und einen Stahldeckel 14 auf. Die Hülle 12 ist mit einem Flansch 16 versehen, und der Deckel 14 ist mit einem passenden Flansch 18 versehen, der gemäß 1 in dichtende Anlage gegen den Flansch 16 gelangt, wenn der Deckel 14 an der Hülle 12 installiert ist. Die Hülle kann als Doppelwand (nicht gezeigt) konfiguriert sein, wobei der in der Doppelwand eingeschlossene Raum von Kühlwasser durchströmt wird. Der Deckel weist ferner einen Vakuum-Port 20 auf. Die Hülle 12 und der Deckel 14 bilden zusammen ein Ofen-Volumen 22, das mittels eines (nicht gezeigten Dampfvakuumgenerator), der in Fluidverbindung mit dem Vakuum-Port 20 steht, auf Vakuumdruck reduziert wird. Die Hülle 12 ruht auf mehreren Beinen 61. Der Ofen 20 weist ferner eine zylindrische Induktionsspule 24 nahe einem zylindrischen Suszeptor 26 auf. Die Induktionsspule 24 weist gewickelte Leiter 23 auf, die von einer elektrischen Isolierung eingekapselt sind. Während des Betriebs entwickelt die Induktionsspule 24 ein elektromagnetisches Feld, das mit dem Suszeptor 26 gekoppelt wird und in dem Suszeptor 26 Wärme erzeugt. Die Induktionsspule 24 kann gekühlt werden, was typischerweise durch einstückig eingeformte Wasserdurchlässe 25 in der Spule 24 erfolgt. Der Suszeptor 26 ruht auf einem Suszeptor-Boden 28 und ist von einem Suszeptor-Deckel 30 bedeckt. Zwischen dem Suszeptor 26 und der Induktionsspule 24 ist eine zylindrische Isolierwand 32 angeordnet. Die Deckel-Isolierschicht 34 und die Boden-Isolierschicht 36 sind über dem Suszeptor-Deckel 30 bzw. unter dem Suszeptor-Boden 28 angeordnet. Der Suszeptor-Boden 28 ruht auf der Isolierschicht 36, die wiederum auf dem Ofen-Boden 38 ruht. Der Ofen-Boden 38 ist an der Hülle 12 mittels einer Bodentragstruktur 40 verbunden, die mehrere vertikale Stegstrukturen 42 aufweist. Ein Reaktanzgas wird dem Ofen 10 über eine Haupt-Gaszuführleitung 44 zugeführt. Mehrere einzelne Gaszuführleitungen 46 sind in Fluidverbindung mit mehreren Gas-Ports 48 verbunden, die sich durch die Ofen-Hülle 12 erstrecken. Mehrere flexible Gaszuführleitungen 50 sind in Fluidverbindung mit den Gas-Ports 48 und mehreren Gaseinlässen 52 verbunden, die sich durch Durchgangsöffnungen 54 in dem Ofen-Boden 38, die Boden-Isolierschicht 36 und den Suszeptor-Boden 28 erstrecken. Eine Gas-Vorheiz vorrichtung 56 ruht auf dem Suszeptor-Boden 28 und weist mehrere gestapelte perforierte Platten 58 auf, die mittels einer Beabstandungsstruktur 60 mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind. Jede Platte 58 ist mit einem Array von Perforationen versehen, die relativ zu dem Array von Perforationen der benachbarten Platte horizontal verschoben sind. Dies bewirkt, dass das Reaktanzgas sich durch die Platten hindurch hin- und herbewegt, so dass das Reaktanzgas in der Vorheizvorrichtung 56 verteilt wird und die Konvektionswärmeübertragung zu dem Gas aus den perforierten Platten 58 verstärkt wird. Mehrere poröse Substrate 62, z.B. Bremsscheiben, sind innerhalb des Ofens 10 im Inneren des Suszeptors 26 an Fixierteilen gestapelt (die aus Gründen der Übersicht nicht gezeigt sind). Geeignete Fixierteile sind auf dem Gebiet bekannt. Die nun zu erläuternde 2 zeigt eine entlang der Linie 2-2 in 1 angesetzte Querschnittsansicht des Ofens 10.
  • Das chemische Dampfinfiltrieren und chemische Aufdampfen (CVI/CVD) ist ein bekannter Vorgang zum Auftragen einer bindenden Matrix innerhalb einer porösen Struktur. Der Ausdruck "chemisches Aufdampfen" (CVD) impliziert generell das Auftragen einer Flächenbeschichtung; der Ausdruck wird jedoch auch auf das Infiltrieren und Auftragen einer Matrix in einer porösen Struktur verwendet. In dem hier vorliegenden Kontext bezeichnet der Ausdruck CVI/CVD das Infiltrieren und Auftragen einer Matrix in einer porösen Struktur. Die Technik ist besonders geeignet zur Herstellung struktureller Hochtemperatur-Verbundstoffe durch Auftragen einer kohlenstoffhaltigen oder keramischen Matrix in einer kohlenstoffhaltigen oder keramischen Struktur mit dem Ergebnis sehr zweckmäßiger Strukturen wie z.B. Flugzeugbremsen oder keramischer Verbrenner- und Turbinen-Komponenten. Die allgemein bekannten CVI-/CVD-Vorgänge können in vier generelle Kategorien unterteilt werden: isothermischer Strom, Strom mit Wärmegradient, Strom mit Druckgradient, und gepulster Strom. Siehe W.V. Kotlensky, Deposition of Pyrolic Carbon in Porous Solids, 8 Chemistry and Physics of Carbon, 173, 190–203 (1973); W.J. Lackey, Review, Status, and Future of the Chemical Vapor Infiltration Process for Fabrication of Fiber-Reinforced Ceramic Composites. Ceram. Eng. Sci. Proc. 10[7-8], 577, 577–81 (1999) (W.J. Lackey bezieht sich auf den mit Druckgradienten durchgeführten Vorgang als einen "isotermischen erzwungenen Strom". Bei einem isothermischen CVI-/CVD-Vorgang strömt ein Reaktanzgas bei Absolutdrücken von nur 1,333–10 N/m2 (torr) um eine geheizte poröse Struktur. Das Gas diffundiert unter Antrieb durch die Konzentrationsgradienten in die poröse Struktur und wird einem Crack-Vorgang dahingehend unterzogen, dass eine bindende Matrix aufgetragen wird. Der Vorgang ist auch als "herkömmlicher" CVI-/CVD-Vorgang bekannt. Die poröse Struktur wird auf eine mehr oder weniger gleichförmige Temperatur geheizt; daher der Ausdruck "isothermisch". Bei einem CVI-/CVD-Vorgang mit Wärmegradient wird eine poröse Struktur derart geheizt, dass steile Wärmegradienten erzeugt werden, die den Auftrag in einem gewünschten Teil der porösen Struktur herbeiführen. Die Wärmegradienten können herbeigeführt werden, indem nur eine Fläche einer porösen Struktur geheizt wird, z.B. indem eine poröse Struktur gegen eine Suszeptor-Wand platziert wird, und sie können begünstigt werden, indem eine gegenüberliegende Fläche gekühlt wird, z.B. indem die gegenüberliegende Fläche der porösen Struktur gegen eine flüssigkeitsgekühlte Wand platziert wird. Das Auftragen der bindenden Matrix schreitet von der heißen Fläche zu der kalten Fläche fort. Bei einem CVI-/CVD-Vorgang mit Druckgradient wird das Reaktanzgas zwangsweise durch die poröse Struktur geschickt, indem ein Druckgradient von einer Fläche der porösen Struktur zu einer gegenüberliegenden Fläche der porösen Struktur herbeigeführt wird. Die Strömungsrate des Reaktanzgases ist relativ zu den Vorgängen mit isothermischem und thermischem Gradienten stark beträchtlich erhöht, was in einer erhöhten Auftragsrate der bindenden Matrix resultiert. Dieser Vorgang ist auch als "Zwangsströmungs"-CVI/CVD bekannt. Der pulsierte Strom schließlich involviert das schnelle und zyklische Füllen und Evakuieren einer Kammer, welche die geheizte poröse Struktur mit dem Reaktanzgas enthält. Durch die zyklische Aktion wird das Reaktanzgas gezwungen, die poröse Struktur zu infiltrieren, und ferner wird das Entfernen der Nebenprodukte des gecrackten Reaktanzgases aus der porösen Struktur erzwungen. Die Ofen- und Fixiervorrichtungs-Konfiguration kann je nach dem Typ des Vorgangs beträchtlich variieren, und die verschiedenen Aspek te der Erfindung können in jedem dieser Vorgänge implementiert werden, je nach der bestimmten Konfiguration.
  • Wiederum gemäß 1 erstreckt sich der Gaseinlass 52 durch die Öffnung 4 und ist relativ zu der Öffnung abgedichtet, um ein Entweichen von Reaktanzgas aus dem vom Suszeptor 26 umschlossenen Volumen in das unter dem Suszeptor-Boden 28 gelegene Volumen zu verhindern. Der Gaseinlass gegenüber dem Suszeptor-Boden 28 dynamisch derart abgedichtet, dass sich der Gas-Einlass 52 aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion in den verschiedenen Ofen-Komponenten, die in einem CVI-/CVD-Vorgang auftritt, zyklisch in translatorischer Weise durch die Öffnung 54 bewegen kann. Das Dichten des Gaseinlasses 52 in der Öffnung 54 wird erzielt, indem der Gaseinlass hinreichend eng in passenden Eingriff mit der Öffnung 54 gebracht wird, dass ein Entweichen des Gases durch die Öffnung 54 um den Gaseinlass 52 herum verhindert wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Isolierwand 32 und/oder die Boden-Isolierung 36 und/oder die Deckel-Isolierung 34 (vorzugsweise alle drei) mittels einer Oberflächenbeschichtung isoliert, die über längere Zeitperioden, vorzugsweise während der gesamten Betriebslebensdauer des Ofens, hinreichend undurchlässig ist, um ein Eindringen von Reaktivgas in die Isolierung zu verhindern. Ein Eindringen von Reaktivgas in die Komponenten der porösen Isolierung kann eine Degradation des CVI-/CVD-Auftrag einer bindenden Matrix verursachen. In dem hier vorliegenden Kontext umfasst der Ausdruck "Reaktivgas" auch Reaktanzgas, das in einem CVI-/CVD-Vorgang verwendet wird, sowie bestimmte Reaktanzgase, die während bestimmter Wärmeerzeugungsvorgänge erzeugt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Isolierwand 32 und/oder die Boden-Isolierung 28 und/oder die Deckel-Isolierung 34 (vorzugsweise alle drei) ein starres poröses Material auf. In dem hier vorliegenden Kontext hat der Ausdruck "starr" die Bedeutung "steif" statt "biegbar". Die Beschichtung kann durch verschiedenartige Verfahren ausgebildet werden, die den erforderlichen Grad an Undurchlässigkeit gegenüber Reaktivgas bei erhöhten Temperaturen erbringen, einschließlich des Verbondens einer undurchlässigen Bahn mit der Isolierung, und des Aufstreichens einer Flüssigkeit auf die Isolierung, wobei die Flüssigkeit anschließend zu einer undurchlässigen Beschichtung aushärtet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Beschichtung eine erste Komponente, die in die poröse Isolierung hinein absorbiert und mit dieser verbondet wird, und eine der ersten Komponente überliegende zweite Komponente auf, die eine undurchlässige Barriere gegenüber dem Reaktivgas bildet. Beispielsweise kann die erste Komponente eine Farbe mit einer relativ niedriger Viskosität sein, die der Farbe ermöglicht, in die poröse Isolierung einzudringen und von ihr absorbiert zu werden, und die zweite Komponente kann eine flüssige Beschichtung sein, die eine relativ gesehen größere Viskosität hat und durch eine nachfolgende Aushärtung gehärtet wird. In dem vorliegenden Beispiel sind die ersten und zweiten Komponenten beide Flüssigkeiten, die anschließend an das Auftragen aushärten. Die zweite Komponente kann durch ein undurchlässiges Bahnmaterial ersetzt werden. Der Auftrag einer bindenden Matrix in den Isolations-Komponenten kann auch einfach dadurch minimiert oder verhindert werden, dass der Gaseinlass 52 in der Öffnung 54 abgedichtet wird. Somit können die verschiedenen Aspekte der hier beschriebenen Erfindung unabhängig voneinander, allein, und mit oder ohne Kombination mit anderen Aspekten der Erfindung verwendet werden. Andererseits können bestimmte Implementierungen davon profitieren, dass einer zwei oder mehr der mehreren hier beschriebenen Aspekte kombiniert werden.
  • Zur Verhinderung von Gas-Lecks um den Gaseinlass 52 herum, der sich durch die Öffnung 54 im Suszeptor-Boden 28 in dem CVI-/CVD-Ofen 10 erstreckt, sind wiederum gemäß 1 weitere Vorkehrungen vorgesehen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Hinreichend intimes Abdichten des Gaseinlasses 52 gegenüber dem Suszeptor-Boden 28, um ein Entweichen von Gas durch die Öffnung 54 um den Gaseinlass 52 herum zu blockieren und dennoch zuzulassen, dass sich der Gaseinlass 52 aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion in den verschiedenen Ofen-Komponenten, die durch thermische Zyklen in dem CVI-/CVD-Ofen 10 verursacht wird, zyklisch in translatorischer Weise durch die Öffnung 54 bewegt, wie durch den Pfeil 55 angedeutet. Der Gaseinlass 52 ist vorzugsweise in Gleiteinpassung mit der Öffnung 54 angeordnet, um dem Gaseinlass 52 zu erlauben, sich zyklisch in translatorischer Weise durch die Öffnung 54 zu bewegen und somit die relative thermische Expansion und Kontraktion zuzulassen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um Gas-Lecks um den Gaseinlass 52 herum, der sich durch die Öffnung 54 im Suszeptor-Boden 28 in dem CVI-/CVD-Ofen 10 erstreckt, zu verhindern, das die folgenden Schritte aufweist: hinreichend intimes Abdichten des Gaseinlasses 52 gegenüber dem Suszeptor-Boden 28 mittels einer zwischen dem Gaseinlass 52 und dem Suszeptor-Boden 28 angeordneten Isolierschicht, um ein Entweichen von Gas durch die Öffnung 54 um den Gaseinlass 52 herum zu blockieren. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um Gas-Lecks um den Gaseinlass 52 herum, der sich durch die Öffnung 54 im Suszeptor-Boden 28 in dem CVI-/CVD-Ofen 10 erstreckt, zu verhindern, das die folgenden Schritte aufweist: hinreichend intimes Abdichten des Gaseinlasses 52 gegenüber dem Suszeptor-Boden 28 mittels einer zwischen dem Gaseinlass 52 und dem Suszeptor-Boden 28 angeordneten Isolierschicht, um ein Entweichen von Gas durch die Öffnung 54 um den Gaseinlass 52 herum zu blockieren und dennoch zuzulassen, dass sich der Gaseinlass 52 aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion in den verschiedenen Ofen-Komponenten, die aufgrund thermischer Zyklen in dem CVI-/CVD-Ofen 10 verursacht wird, zyklisch in translatorischer Weise durch die Öffnung 54 bewegt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Gaszuführleitungen 50 starr mit den Gas-Ports 48 verbunden und in einer Längsrichtung flexibel, um dem Gaseinlass 52 während des Erwärmens und Abkühlens des Ofens 10 eine vertikale Bewegung zu ermöglichen, wie durch den Pfeil 55 angedeutet. Die Gaszuführleitung 50 kann in Form eines Edelstahl-Faltenbalgs ausgebildet und mit einer umflochtenen Edelstahlhülle bedeckt sein. Je nach dem Anwendungsfall und den Temperaturerfordernissen können auch andere Ausgestaltungen zweckmäßig sein.
  • Die nun zu erläuternde 3 zeigt eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß einem Aspekt der Erfindung. Ein Gaseinlass 100 ist vorgesehen, um Gas durch den Suszeptor-Boden 28 in dem CVI-/CVD-Ofen 10 durchzuleiten. Der Gaseinlass 100 erstreckt sich durch die Öffnung 54 im Suszeptor-Boden 28 und weist ein undurchlässiges Rohr 102 mit einer Außenfläche 104 und eine Buchse 106 auf, die mindestens ein Ende des undurchlässigen Rohrs 102 umschließt und hinreichend intim an die Außenfläche 104 angepasst ist, um während eines CVI-/CVD-Vorgangs ein Entweichen von Gas zwischen dem undurchlässigen Rohr 102 und der Buchse 106 zu blockieren, wobei die Buchse 106 derart konfiguriert ist, dass sie hinreichend intim passend mit der Öffnung 54 zusammengreift, um ein Entweichen von Gas entlang der Buchse 106 zu blockieren. Die Buchse 106 ist vorzugsweise in Gleiteinpassung mit der Öffnung 54 angeordnet, um dem Gaseinlass 100 zu erlauben, sich aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion in den verschiedenen Ofen-Komponenten, die aufgrund des bei CVI-/CVD- und Wärmebehandlungsvorgängen inhärenten Erwärmens und Abkühlens des Ofens verursacht wird, zyklisch in translatorischer Weise relativ zu dem Suszeptor-Boden 28 durch die Öffnung zu bewegen, wie durch den Pfeil 130 angedeutet.
  • Vorzugsweise wird die Wärmeübertragung von dem Suszeptor-Boden 28 zu dem Gaseinlass 100 hin minimiert. Gemäß der Erfindung hat die Buchse 106 eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als das undurchlässige Rohr 102, so dass die Wärmeübertagung von dem Suszeptor-Boden 28 zu dem undurchlässige Rohr 102 behindert wird. Somit kann die Buchse auch als Isolierung wirken. Gemäß einer bestimmten Ausführungsform ist die Buchse 106 eine poröse Scheibe, die eine Beschichtung aufweist, welche während des CVI-/CVD-Vorgangs die Infiltration von Gas in die poröse Scheibe verhindert. Das undurchlässige Rohr 102 ist in Längsrichtung langgestreckt, und das undurchlässige Rohr 102 kann in der Längsrichtung mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit versehen sein als der Suszeptor-Boden 28, um eine Wärmeübertragung entlang des undurchlässigen Rohrs 102 in der Längs richtung zu behindern, wodurch die Wärmeübertragung von dem Suszeptor-Boden 28 her weiter reduziert wird.
  • Die nun zu erläuternde 4 zeigt eine isometrische Ansicht einer Buchse 108 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Die Buchse 108 weist eine Scheibe 110, einen äußeren Umfangs-Dichtring 114 und einen inneren Umfangs-Dichtring 112 auf, die beide mit der Scheibe 110 verbondet sind. Der innere Umfangs-Dichtring 112 bildet eine Dichtung zwischen der Scheibe 110 und dem undurchlässigen Rohr 102 (3), und der äußere Umfangs-Dichtring 114 bildet eine Dichtung zwischen der Scheibe 110 und der Öffnung 54 im Suszeptor-Boden 28. Die Scheibe 110 weist vorzugsweise ein poröses Material auf und wirkt als Isolierung. In dem Fall, dass die Scheibe 110 ein poröses Material aufweist, ist sie vorzugsweise mittels einer Beschichtung abgedichtet, die hinreichend undurchlässig ist, um ein Eindringen von Reaktanzgas in die Scheibe 110 zu blockieren. Die flachen Flächen der Scheibe 110 können mittels einer Beschichtung abgedichtet werden, die flüssig ist und auf die Scheibe 110 aufgestrichen wird, und/oder mittels eines undurchlässigen Bahnmaterials, das mit der Scheibe 110 verbondet wird.
  • Wiederum gemäß 3 kann ein Manifold 116 an dem Gaseinlass 100 befestigt sein. Das Manifold weist mindestens einen inneren Durchlass 118 auf, der in Flüssigkeitsverbindung mit dem undurchlässigen Rohr 102 steht und mindestens ein Piccolo-Rohr 120 aufweist, das Gas in einem Abstand von dem undurchlässigen Rohr 102 verteilt. Das Piccolo-Rohr 120 ist mit einem Array von Öffnungen 124 versehen und ist vorzugsweise parallel zu dem Suszeptor-Boden 28 angeordnet. Das Manifold 116 und das Piccolo-Rohr 120 können aus separaten Stücken hergestellt sein. In einem derartigen Fall kann das Piccolo-Rohr 120 in einer im Manifold 116 ausgebildeten passenden Vertiefung aufgenommen sein, und das Piccolo-Rohr 120 kann an dem Ende, an dem das Piccolo-Rohr 120 endet, ein separates Stopfenteil 126 aufweisen, das das Reaktanzgas dazu zwingt, aus dem Array von Löchern 124 herauszuströmen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Manifold hinreichend eng an dem Gaseinlass 100 befes tigt, um Gas-Lecks zwischen dem Manifold 116 und dem undurchlässigen Rohr 102 zu blockieren. Ein Ende des undurchlässigen Rohrs 102 ist mit einem Außengewinde versehen, und das Manifold 116 ist mit einem passenden Innengewinde versehen, wobei das Manifold an dem Gaseinlass 100 befestigt ist, indem das undurchlässige Rohr 102 in das Manifold 116 geschraubt ist. Das Manifold 116 ist vorzugsweise mit Abstand von dem Suszeptor-Boden 28 angeordnet, damit es sich mit dem undurchlässigen Rohr 102 bewegen kann, wie es aufgrund thermischer Expansion und Kontraktion geschehen kann. Das Piccolo-Rohr kann auf Isolierblöcken 128 ruhen, die auf dem Suszeptor-Boden 28 angeordnet sind. Die verschiedenen in 3 gezeigten Komponenten sind vorzugsweise aus hitzebeständigen Materialien ausgebildet, mit Ausnahme jedoch des Ofen-Bodens 38 und der flexiblen Gaszuführleitung 50, die in dem Maß aus nicht hitzebeständigen Materialien gebildet sein können, in dem diese Materialien in den Temperaturen funktionieren können, denen diese Komponenten je nach Anwendungsfall während eines CVI-/CVD- oder Wärmebehandlungsvorgangs ausgesetzt sind.
  • Wiederum gemäß 1 ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Verhindern des Ablagerns einer bindenden Matrix in einer porösen hitzebeständigen Isolierung während eines CVI-/CVD-Vorgangs vorgesehen, das folgende Schritte umfasst: Abdichten des Suszeptor-Deckels 30 gegenüber dem Suszeptor 26 in dem Ofen 10 mit einem passenden, gegenüber Reaktanzgas undurchlässigen Dichtring 80 während des CVI-/CVD-Vorgangs. Der passende Dichtring 80 kann umflochten sein und weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein hitzebeständiges Material wie z.B. umflochtene Graphitfolie auf. Eine geeignete umflochtene Graphitfolie ist erhältlich von EGC Enterprises, Inc., Ohio, United States of America. In der oberen Fläche des Suszeptors 26 kann eine Nut vorgesehen sein, die den passenden Dichtring 80 aufnimmt.
  • Die nun zu erläuternde 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Ausführungsform der Ofenwand, wie bei 5-5 in 1 angedeutet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine komprimierbare Wandschicht 68 zwi schen der Induktionsspule 24 und der Isolierwand 32 vorgesehen, und/oder es ist eine undurchlässige Wandschicht 70 zwischen der Isolierwand 32 und dem Suszeptor 26 vorgesehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die komprimierbare Wandschicht 68 und die undurchlässige Schicht 70 verwendet. Die komprimierbare Wandschicht 68 ist besonders wünschenswert, falls die Isolierwand 32 aus einem starren Material besteht, und sie dient zum Verteilen von auf die Induktionsspule 24 aufgebrachten lasten, die aufgrund von thermischer Expansion der Isolierwand 32 während eines CVI-/CVD- oder Wärmebehandlungsvorgangs verursacht werden. Die komprimierbare Wandschicht 68 verhindert ein strukturelles Versagen der Isolierwand 32, das andernfalls durch thermisch verursachte Belastungen verursacht werden kann. Die undurchlässige Wandschicht ist verwendbar zum Blockieren von Strahlung vom Suszeptor 26 zur Isolierwand 32, und zum Blockieren des Eindringens von Reaktanzgas durch den Suszeptor 26 in die Isolierwand 32. Die undurchlässige Wandschicht kann auch eine gewisse Kompressibilität zeigen, die thermisch verursachte Belastungen der Isolierung reduziert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die komprimierbare Wandschicht 68 Kohlenstoff-Filz auf, und die undurchlässige Wandschicht weist eine Graphit-Filmbahn auf.
  • Wiederum gemäß 1 ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Verhindern des Ablagerns einer bindenden Matrix in einer porösen hitzebeständigen Isolierung während eines CVI-/CVD-Vorgangs vorgesehen, das einen Schritt umfasst, in dem eine poröse Isolierung (z.B. die Isolierwand 32, die Boden-Isolierung 36 und die Deckel-Isolierung 34), die während des CVI-/CVD-Vorgangs einem Reaktanzgas ausgesetzt werden können, mit einer Beschichtung abgedichtet werden, welche gegenüber dem Reaktanzgas hinreichend undurchlässig ist, um das Eindringen des Reaktanzgases in die poröse Isolierung zu verhindern. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Isolieren einer Induktionsspule 24 für einen CVI-/CVD-Ofen 10, der eine zylindrische Innenfläche bildet, vorgesehen, das einen Schritt umfasst, in dem eine poröse Isolierung 32 an der Innenfläche der zylindrischen Induktionsspule 24 aufgetragen wird, wo bei die poröse Isolierung 32 mit einer Schicht abgedichtet wird, die gegenüber Reaktivgas hinreichend undurchlässig ist, um während eines CVI-/CVD-Vorgangs das Eindringen des Reaktivgases in die poröse hitzebeständige Isolierung zu verhindern. Diese Verfahren können ferner einen Schritt umfassen, in dem die poröse Isolierung beschichtet wird, indem man sie mit einer Schicht aus Material bedeckt, die gegenüber dem Reaktivgas hinreichend undurchlässig ist, um ein Eindringen des Reaktivgases in die poröse Isolierung zu blockieren. Bei einem mit erhöhten Temperaturen durchgeführten CVI-/CVD-Vorgang, wie z.B. zum Auftragen von pyrolytischem Kohlenstoff, weist die poröse Isolierung vorzugsweise ein hitzebeständiges Material auf. Das Verfahren kann ferner einen Schritt umfassen, in dem die poröse Isolierung mit einer Schicht aus einem Material beschichtet wird, das gegenüber dem Reaktivgas hinreichend undurchlässig ist, um ein Eindringen des Reaktivgases in die poröse Isolierung zu blockieren. Die poröse Isolierung weist ein starres Isoliermaterial auf, bei dem es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch um ein hitzebeständiges Material handelt.
  • Gemäß 2 und 5 ist ein Verfahren zum Isolieren einer Induktionsspule 24 für einen CVI-/CVD-Ofen 10, der eine zylindrische Innenfläche 66 bildet, vorgesehen, das folgende Schritte umfasst: Bedecken der zylindrischen Innenfläche 66 mit einer ersten komprimierbaren Schicht 68; Bedecken der ersten komprimierbaren Schicht 68 mit einer Isolierwand 32, die starr ist; Bedecken der Isolierwand 32 mit einer undurchlässigen Schicht 70 an einer der ersten komprimierbaren Schicht 68 gegenüberliegenden Seite 72; und Anordnen eines zylindrischen Suszeptors 26 unmittelbar an der undurchlässigen Schicht 70. Die undurchlässige Schicht 70 ist undurchlässig gegenüber Reaktanzgas, das während eines CVI-/CVD-Vorgangs in die Suszeptor-Wand 26 eindringen könnte. Ferner bewirkt sie eine signifikante Reduzierung von Strahlungswärmeübertragung von der Suszeptor-Wand 26 zu der Isolierwand 32.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Ausgleich der Belastungen vorgesehen, die aufgrund von Differenzen der ther mischen Expansion und Kontraktion in der Induktionsspule 24 und einer starren zylindrischen Isolierwand 32 des Typs entstehen, bei dem die Induktionsspule 24 eine zylindrische Innenfläche 66 bildet, welche um die zylindrische starre Isolierung 32 herum angeordnet ist, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst: Ausbilden einer glatten Fläche an der zylindrischen starren Isolierwand 32 nahe der zylindrischen Innenfläche 66. Gemäß einem wiederum weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Ausgleich der Belastungen vorgesehen, die aufgrund von Differenzen der thermischen Expansion und Kontraktion in einer starren zylindrischen Isolierwand 32 und dem Suszeptor 26 des Typs entstehen, bei dem die starre zylindrische Isolierwand 32 um eine zylindrische Außenfläche 134 des Suszeptors 26 angeordnet ist, wobei dieses Verfahren folgenden Schritt umfasst: Ausbilden glatter Flächen an der zylindrischen Außenfläche 134 und der starren zylindrischen Isolierwand 32 nahe der zylindrischen Außenfläche 134.
  • Die nun zu erläuternde 6 zeigt eine isometrische Ansicht eines Isolierwand-Blocks 74 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Der Isolierblock 74 weist ein starres Isoliermaterial auf, vorzugsweise ein poröses hitzebeständiges Material. Der Isolierblock weist eine Innenfläche 76 und eine gegenüberliegende Außenfläche 78 auf (die von der Innenfläche 76 verdeckt wird). Eine oder beide dieser Flächen können flach oder gekrümmt sein, wobei eine gekrümmte Fläche bevorzugt wird. Ein Rand weist eine Zunge 80 auf, wobei der gegenüberliegende Rand eine dazu passende Nut 82 aufweist. Einer der Ränder, welche die einander gegenüberliegenden Ränder 80 und 82 miteinander verbinden, weist einen Ausnehmungsteil 84 auf, wobei der gegenüberliegende Verbindungsrand einen zu diesem passenden einen Ausnehmungsteil 86 aufweist. In der nun zu erläuternden 7 ist ein Suszeptor-Block 88 gezeigt, der aus einem Suszeptor-Material, vorzugsweise einem hitzebeständigen Material, ausgebildet ist. Die Suszeptorblock-Wand 88 weist eine Innenfläche 90 und eine gegenüberliegende Außenfläche 92 auf (die von der Innenfläche 90 verdeckt wird). Eine oder beide dieser Flächen können flach oder gekrümmt sein, wobei eine gekrümmte Fläche be vorzugt wird. Ein Rand weist eine Zunge 94 auf, wobei der gegenüberliegende Rand eine dazu passende Nut 96 aufweist. Einer der Ränder, welche die einander gegenüberliegenden Ränder 94 und 96 miteinander verbinden, weist einen Ausnehmungsteil 98 auf, wobei der gegenüberliegende Verbindungsrand einen zu diesem passenden einen Ausnehmungsteil 99 aufweist.
  • Die nun zu erläuternde 8 zeigt einen Quadranten-Abschnitt 150 einer zylindrischen Induktionsspule 152, eines Suszeptors 156 und einer Isolierwand 154, die auf einem Ofen-Boden 158 ruhen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Eine Kupferplatte 160 ist auf dem Ofen-Boden 158 angeordnet, und eine erste komprimierbare Boden-Schicht 161 ist auf der Kupferplatte 160 angeordnet. Auf der ersten komprimierbaren Schicht 161 ist eine Boden-Isolierung 162 angeordnet. Die Boden-Isolierung 162 weist vorzugsweise ein poröses hitzebeständiges Isoliermaterial auf und kann mehrere Bodenisolierungs-Einsätze 164 aufweisen, die eine höhere Kompressionsstärke haben können als der Großteil der Boden-Isolierung 162, um die Gesamt-Kompressionsstärke der Boden-Isolierung 162 zu erhöhen, ohne dass ihre Gesamt-Isoliereigenschaften beträchtlich reduziert werden. Eine zweite komprimierbare Boden-Schicht 166 ist auf der Boden-Isolierung 162 angeordnet, und eine undurchlässige Boden-Schicht 168 ist über der Isolierung angeordnet. Die undurchlässige Boden-Schicht 168 verhindert eine Infiltration des Reaktanzgases in die Filz-Bodenschicht 166 und die Boden-Isolierung 162 und verhindert eine Strahlungs-Wärmeübertragung zu den Komponenten, die unter der undurchlässigen Boden-Schicht 168 angeordnet sind. Es kann eine (nicht gezeigte) zusätzliche undurchlässigen Boden-Schicht unmittelbar unter der komprimierbaren Boden-Schicht 166 angeordnet sein. Auf der hitzebeständigen Boden-Filzschicht 166 ist ein Suszeptor-Boden 170 angeordnet. Die ersten und zweiten komprimierbaren Boden-Schichten 161 und 166 dienen zum Verteilen von Lasten an der Schnittstelle zwischen zwei relativ starren Komponenten in der Boden-Konstruktion.
  • Die Isolierwand 154 und der Suszeptor 156 werden wie folgt aufgebaut. Eine komprimierbare Wand-Schicht 172, vorzugsweise ein hitzebeständiger Filz, wird gegen die Innenfläche der Induktionsspule 152 platziert. Ein Kleber, wie z.B. ein Sprüh-Haftkleber, kann zum Verbunden der komprimierbaren Wand-Schicht 172 an der Induktionsspule 152 verwendet werden. Als nächstes werden mehrere Isolier-Blöcke 74 derart zusammengefügt, dass die zylindrische Isolierwand 154 gebildet wird. Die Blöcke werden horizontal nebeneinander mit dem Ausnehmungsteil 84 (6) eines Blocks in Anlage gebracht, das in Überlappung mit dem passenden Ausnehmungsteil 86 (6) des benachbarten Blocks angeordnet ist. Die Blöcke werden vertikal gestapelt, wobei der Zungenteil 80 eines Blocks mit dem passenden Nutteil 82 des benachbarten Blocks zusammengreift. Vertikale Nähte werden vorzugsweise nicht in Ausrichtung angeordnet, wie 8 zeigt, um die Wand zu verstärken. Mehrere Reihen von Isolier-Blöcken 74 werden auf diese Weise bis zu der gewünschten Höhe gestapelt. Dann wird eine undurchlässige Wand-Schicht 174 gegen die Innenfläche der Isolierwand 154 platziert. Ein Kleber, wie z.B. ein Sprüh-Haftkleber, kann zum Verbunden der undurchlässige Wand-Schicht 174 mit der Isolierwand 154 verwendet werden. Schließlich werden mehrere der Suszeptor-Blöcke 88 zur Bildung des zylindrischen Suszeptors 156 zusammengefügt. Die Blöcke werden horizontal nebeneinander mit dem Ausnehmungsteil 98 (7) eines Blocks in Anlage gebracht, das in Überlappung mit dem passenden Ausnehmungsteil 99 (7) des benachbarten Blocks angeordnet ist. Die Blöcke werden vertikal gestapelt, wobei der Zungenteil 94 eines Blocks mit dem passenden Nutteil 96 des benachbarten Blocks zusammengreift. Vertikale Nähte werden vorzugsweise nicht in Ausrichtung angeordnet, wie 8 zeigt, um die Wand zu verstärken. Mehrere Reihen von Suszeptor-Blöcken 88 werden auf diese Weise bis zu der gewünschten Höhe gestapelt. Die obere Reihe von Isolier-Blöcken 76 erstreckt sich typischerweise über die obere Reihe von Suszeptor-Blöcken 88, damit der Suszeptor-Deckel einen Sitz auf den Suszeptor-Blöcken 88 einnehmen kann. Die exponierten Flächen der Isolier-Blöcke 76, welche die obere Reihe bilden, sind vorzugsweise mit einem undurchlässigen Bahnmaterial bedeckt, das mit den Isolier-Blöcken verbondet ist, um einen zusätzlichen Schutz vor einem Entweichen von Reaktanzgas aus dem Suszeptor-Deckel zu schaffen. Die oberen Flächen der Isolier-Blöcke 76 unmittelbar unter der oberen Reihe sind vorzugsweise mit einem undurchlässigen Bahnmaterial bedeckt, um zu verhindern, dass Reaktivgas in die Isolierwand 156 unter der oberen Reihe von Isolier-Blöcken 76 eindringt.
  • Gemäß einer bestimmten Ausführungsform zur CVI-/CVD-Verarbeitung und Wärmebehandlung von Kohlenstoff-/Kohlenstoff-Flugzeugbremsscheiben wird der Gaseinlass 100 gemäß 3 zusammen mit dem Ofen verwendet, der entsprechend dem Quadranten 150 gemäß 8 konfiguriert ist. Wie insbesondere in 3 angedeutet, sind die verschiedenen Komponenten des Gaseinlasses 100 aus monolithischem Graphit hergestellt, wie z.B. CS-Grad-Graphit, erhältlich von UCAR Carbon Company Inc., United States of America, oder HLM-Grad-Graphit, erhältlich von SGL Carbon Corporation, United States of America. Das undurchlässige Rohr 102 ist aus monolithischem Graphit mit geringerer Wärmeleitfähigkeit hergestellt, wie z.B. CBN-Grad-Graphit, ebenfalls erhältlich von UCAR Carbon Company Inc. Dieses Material weist auch eine größere elektrische Widerstandsfähigkeit als der Suszeptor-Boden auf, wodurch die elektromagnetische Kopplung mit der Induktionsspule reduziert wird und die Wärmeerzeugung in dem Rohr 102 verringert wird. Die Buchse 108 und der Abstandhalter 128 sind aus einem Graphit-Schaum hergestellt, wie z.B. Cal-Foam®-Material, erhältlich von SIGRI Polycarbon, Inc., United States of America. Der innere Umfangs-Dichtring 112 ist optional, da die Scheibe 110 zwischen dem Manifold 116 und einem an dem undurchlässigen Rohr 102 ausgebildeten Rand umschlossen gehalten wird, so dass eine hinreichende Dichtung gebildet wird. Das äußere Umfangsdichtung 114 ist aus einer Graphit-Folienbahn gebildet, wie z.B. Grafoil®-Material, erhältlich von UCAR Carbon Company Inc., oder Calgraph®-Material, erhältlich von SIGRI Polycarbon, Inc. Vorzugsweise sind beide flachen Flächen der Scheibe 110 mit einer Graphit-Folienbahn bedeckt. Die Graphit-Folienbahn ist mittels Graphitzement mit der Scheibe 110 verbondet.
  • Insbesondere gemäß der nun zu erläuternden 8 sind die Suszeptor-Blöcke aus monolithischem Graphit gebildet, das geeignete Suszeptor-Qualitäten aufweist, wie z.B. CS-Grad-Graphit, erhältlich von UCAR Carbon Company Inc., United States of America, oder HLM-Grad-Graphit, erhältlich von SGL Carbon Corporation, United States of America. Die Isolierwand-Blöcke 74 sind aus gehärteten Filz-Blöcken maschiniert, wie z.B. aus Calcarb-CBCF-Material, erhältlich von Calcarb Ltd., Schottland, oder aus Fibergraph®-Material, erhältlich von SIGRI Polycarbon, Inc., United States of America. Sämtliche Außenflächen dieser Isolierwand-Blöcke 74 sind mit einem Graphit-Anstrich beschichtet, z.B. mit TC-2-Graphitfarbe, erhältlich von EGC Enterprises Inc., United States of America. Die Außendurchmesserfläche jedes Blocks ist ferner mit einer zusätzlichen Schicht aus phenolisch basiertem Lack abgedichtet, wie z.B. Rigidseal®-Farbe, erhältlich von SIGRI Polycarbon, Inc. Die Innendurchmesser- und die obere Fläche jedes Isolier-Blocks, die die obere Reihe von Isolier-Blöcken 74 aufweisen, sind mit einer Graphit-Folie wie bereits spezifiziert bedeckt, d.h. Graphit, das mit dem Block zementiert ist, und zwar mittels Graphi-Bond-669-Kleber, erhältlich von Aremco Products Inc., United States of America. Die oberen Flächen der Isolier-Blöcke 74 unmittelbar unter der oberen Reihe von Blöcken ist ebenfalls auf die gleiche Weise mit Graphit-Folie bedeckt. Die obere Reihe von Blöcken ist nichtdauerhaft und kann entfernt und ersetzt werden, falls sich Matrixmaterial in den Blöcken anlagert oder falls die Blöcke anderweitig beschädigt werden. Die Boden-Isolierung 162 ist ebenfalls aus starrem Kohlenstoff-Filz hergestellt und in der gleichen Weise beschichtet, die bereits im Zusammenhang mit den Isolier-Blöcken 74 beschrieben wurde. Die vier Isolier-Einsätze 164 sind aus einem porösen Kohlenstoff maschiniert, wie z.B. aus dem Material Porous Carbon 60, erhältlich von UCAR Carbon Company Inc., United States of America. Bei der hitzebeständigen Filz-Bodenschicht 166 handelt es sich um Kohlenstoff-Filz, wie z.B. dem Material Polycarbon Soft Felt, erhältlich von SIGRI Polycarbon, Inc. Die undurchlässige Schicht weist eine Graphit-Folie auf, wie bereits spezifiziert. Der Suszeptor-Boden ist aus einem ähnlichen monolithischen Graphit hergestellt wie die Suszeptorwand-Blöcke 88. Die undurchlässige Wand-Schicht ist eine Graphit- Folienbahn, die aus dem gleichen Material besteht wie die Schicht 168, und die komprimierbare Wand-Schicht 174 weist einen Kohlenstoff-Filz auf, der aus dem gleichen Material wie die Schicht 166 gebildet ist. Ein Graphitfolien-Band, das an einer Seite mit Haftkleber beschichtet ist, wird verwendet, um ein Eindringen von Reaktivgas und ein Durchlassen von Strahlung zu verhindern.

Claims (13)

  1. Gaseinlassvorrichtung zum Durchleiten von Gas durch einen Suszeptor-Boden in einem CVI-/CVD-Ofen, wobei sich die Gaseinlassvorrichtung durch eine Öffnung in dem Suszeptor-Boden erstreckt, mit: – einem undurchlässigen Rohr (102) mit einer Außenfläche (104), und – einer Buchse (106, 108), die mindestens ein Ende des undurchlässigen Rohrs (102) umgibt und mit mindestens einem Teil der Außenfläche (104) passend zusammengreift, um während eines CVI-/CVD-Vorgangs ein Entweichen des Gases zwischen dem undurchlässigen Rohr (102) und der Buchse (106, 108) zu verhindern, wobei die Buchse (106, 108) zum Zusammenwirken mit der im Suszeptor-Boden ausgebildeten Öffnung (54) konfiguriert ist, um ein Entweichen des Gases an der Buchse (106, 108) vorbei zu blockieren, – wobei die Buchse (106, 108) eine poröse Scheibe (110) ist, die eine Beschichtung aufweist, welche während eines CVI-/CVD-Vorgangs ein Eindringen von Gas in die poröse Scheibe (110) verhindert.
  2. Gaseinlassvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Buchse (106, 108) eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit hat als das undurchlässige Rohr (102).
  3. Gaseinlassvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der sich das undurchlässige Rohr (102) in einer Längsrichtung erstreckt, wobei das undurchlässige Rohr (102) in der Längsrichtung eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit hat als der Suszeptor-Boden (28), um Wärmeübertra gung entlang des undurchlässigen Rohrs (102) in der Längsrichtung zu hemmen.
  4. Gaseinlassvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das undurchlässige Rohr (102) einen größeren elektrischen Widerstand hat als der Suszeptor-Boden (28).
  5. Gaseinlassvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der sich das undurchlässige Rohr (102) in einer Längsrichtung erstreckt und die Buchse (106, 108) zur in der Längsrichtung erfolgenden Translationsbewegung in der Öffnung (54) konfiguriert ist.
  6. Gaseinlassvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der sich das undurchlässige Rohr (102) in einer Längsrichtung erstreckt und die Buchse (106, 108) und die Öffnung (54) um die Längsrichtung herum zylindrisch ausgebildet sind, wobei die Buchse (106, 108) innerhalb der Öffnung (54) in der Längsrichtung translatorisch bewegbar ist.
  7. Gaseinlassvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einer mit der Gaseinlassvorrichtung (52, 100) verbundenen Gaszufuhrleitung (50), die in einer Längsrichtung flexibel ist, um der Gaseinlassvorrichtung (52, 100) während des Heizens und des Kühlens des Ofens eine vertikale Bewegung relativ zu dem Ofen (10) zu ermöglichen.
  8. Gaseinlassvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einem Verteiler (116), das mindestens einen Innendurchlass (118), der in Fluidverbindung mit dem undurchlässigen Rohr (102) steht, und mindestens ein Piccolo-Rohr (120) aufweist, um Gas im Abstand von dem undurchlässigen Rohr (102) zu verteilen.
  9. Gaseinlassvorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Verteiler (116) derart an der Gaseinlassvorrichtung (52, 100) befestigt ist, dass ein Entweichen von Gas zwischen dem Verteiler (116) und dem undurchlässigen Rohr (102) verhindert wird.
  10. Gaseinlassvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der ein Ende des undurchlässigen Rohrs (102) mit einem Außengewinde versehen ist und der Verteiler (116) mit einem entsprechenden Innengewinde versehen ist, wobei der Verteiler (116) mit der Gaseinlassvorrichtung (52, 100) verbunden ist, indem das undurchlässige Rohr (102) in den Verteiler (116) geschraubt ist.
  11. Gaseinlassvorrichtung nach Anspruch 10, bei dem der Verteiler (116) mit Abstand von dem Suszeptor-Boden (28) angeordnet ist.
  12. Gaseinlassvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem das Piccolo-Rohr (120) parallel zu dem Suszeptor-Boden (28) angeordnet ist und auf Isolierblöcken (128) aufliegt, die auf dem Suszeptor-Boden (28) angeordnet sind.
  13. Gaseinlassvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ferner mit einer mit der Gaseinlassvorrichtung (52, 100) verbundenen Gaszufuhrleitung (50), die in einer Längsrichtung flexibel ist, um der Gaseinlassvorrichtung (52, 100) während des Heizens und des Kühlens des Ofens eine vertikale Bewegung relativ zu dem Ofen (10) zu ermöglichen.
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