JP3759166B2 - Ｃｖｉ／ｃｖｄプロセスに使用するための装置 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、化学浸透および析出（ＣＶＩ／ＣＶＤ）に使用するための装置に関する。さらに詳しくは、本発明はＣＶＩ／ＣＶＤ加熱路内で反応体ガスを加熱するための予備加熱器および圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤ法によって多孔質構造体の積層体中にマトリックスを結合するための取り付け装置に関する。
化学浸透および析出（ＣＶＩ／ＣＶＤ）は多孔質構造体の内部に結合マトリックスを析出させるのに公知の技術である。用語「化学析出」とは一般的に表面皮膜の析出を示すが、それとともに多孔質構造体内のマトリックスの浸透および析出を参照するときにも使用される。ここで使用されるように、用語“ＣＶＩ／ＣＶＤ”とは多孔質構造体内のマトリックスの浸透および析出を参照することが意図されている。その技術は、炭素／炭素航空機用ブレーキディスク、およびセラミック燃焼器またはタービンの部品のような非常に有用な構造となる炭質またはセラミック多孔質構造体の内部に炭質またはセラミックのマトリックスを析出することによって耐熱構造の複合材料を加工するのに特に好適である。一般的に知られているＣＶＩ／ＣＶＤ法は、恒温勾配、熱勾配、圧力勾配、およびパルス流動の４つの一般的な区分に分類することができる。ケミストリ エンド フィジックス オブ カーボン、１７３、１９０−２０３（１９７３）に記載のＷ．Ｖ．Ｋｏｔｌｅｎｓｋｙ著の「多孔質固体における熱分解炭素の析出」８、およびＣｅｒａｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．Ｐｒｏｃ．１０［７−８］５７７、５７７−８１（１９８９）に記載のＷ．Ｊ．Ｌａｃｋｅｙ著の「繊維強化されたセラミック複合材料の加工の化学浸透工程の検討、状況、および未来」（Ｗ．Ｊ．Ｌａｃｋｅｙは圧力勾配工程を「恒温強制流動」として参照している。）を参照のこと。
恒温ＣＶＩ／ＣＶＤ法において、反応体ガスは数ミリトールほどの低い絶対圧で加熱された多孔質構造体のまわりを通過する。ガスは結合マトリックスを析出させるために、密度勾配によって駆動される多孔質構造体中に拡散し、分解する。この方法は「従来公知の」ＣＶＩ／ＣＶＤ法としても知られている。多孔質構造体は幾分均一の温度に加熱され、ゆえに「恒温」と呼ばれるが、これは実際には誤称である。多孔質構造体内の幾分の温度変化は不均一な加熱（大部分の加熱炉において回避することは実質的には不可能）、反応体ガスの流動による部分的な冷却化、および反応効果の熱による他の部分の加熱および冷却化のため避けられない。本質的には、「恒温」とは結合マトリックスの析出に優先的に影響する熱勾配を誘発する試みがないことを意味する。この方法は大量の多孔質な物の密度を同時に高めるのに非常に好適であり、特に炭素／炭素ブレーキディスクを製造するのに適している。適切な加工条件において、望ましい物理的特性を有するマトリックスが析出される。しかしながら、従来公知のＣＶＩ／ＣＶＤは有用な密度に達するために数週間におよぶ連続した加工を必要とする可能性があり、そして表面の密度が最初に高くなる傾向があり、結果として多孔質構造体の内部領域への反応体ガスのさらなる浸透を妨げる「封鎖塗」を生じる。従って、この技術は一般的に、密度を高める工程を妨げる幾つかの表面機械加工操作を必要とする。
熱勾配ＣＶＩ／ＣＶＤ法においては、多孔質構造体は、多孔質構造体内の望ましい部分に析出を誘発する急な熱勾配を生じさせるような方法で加熱される。熱勾配は、多孔質構造体のある一つの表面だけを加熱すること、例えば多孔質構造体の表面をサセプターの壁に対して配置することによって誘発され、その反対側の表面を冷却化すること、例えば液体冷却された壁に対して多孔質構造体の反対側の表面を配置することによって強化される。結合マトリックスの析出は高温な表面から低温な表面へと進行していく。熱勾配法への定着剤は複雑で、高価、そしてかなり大量の多孔質構造体の密度を高めるのに実行するのは難しいという傾向がある。
圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤ法においては、反応体ガスは、圧力勾配を多孔質構造体のある一つの表面からその反対側の表面へと誘発することによって多孔質構造体を通過して流れることを強いられる。反応体ガスの流動速度は、結合マトリックスの析出速度の増加を促す恒温および熱勾配法に関して非常に増加する。この方法は「強制流動」ＣＶＩ／ＣＶＤとしても知られている。圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤへの以前の定着剤は複雑で、高価、そして大量の多孔質構造体の密度を高めるのに実行するのは難しいという傾向がある。一束の一方向繊維の長さに沿って縦圧力勾配を生み出す方法の例が、カーボン’８０（ジャーマン セラミック ソサイエティー）（１９８０）に記載のＳ．ｋａｍｕｒａ、Ｎ．Ｔａｋａｓｅ、Ｓ．Ｋａｓｕｙａ、およびＥ．Ｙａｓｕｄａ著の「Ｃ ファイバー／Ｃ ＣＶＤ コンポジットの破壊動作」に記載されている。環状多孔質壁の密度を高めるための純粋な半径方向の圧力勾配を発生させる方法の例が、米国特許第４，２１２，９０６号および４，１３４，３６０号に記載されている。それらの特許に開示されている環状多孔質壁は（ブレーキディスクを作るための）複数枚重ねられた環状のディスクから、または単一の管状構造として形成されてもよい。厚壁構造の複合材料にとって、純粋な半径方向圧力勾配法は環状多孔質壁の内部の円柱面から外部の円柱面へと非常に大きく密度勾配を生じさせる。また、高圧力を受ける表面は非常に急速に密度が高くなる傾向があり、その表面を封止し、また、低密度の領域への反応体ガスの浸透を妨げる。この動作は、純粋な半径方向圧力勾配法の有用性を深刻に制限してしまう。
最後に、パルス流動は反応体ガスを有する加熱された多孔質構造体を包含する室の、急速且つ循環的な充填および排気を包含する。この循環的な動作は反応体ガスの多孔質構造体への浸透を強いることとなり、また多孔質構造体からの副産物である分解された反応体ガスの除去も強いることとなる。そのような方法を実行するための装置は複雑で、高価、しかも維持するのが困難である。この方法は多数の多孔質構造体の密度を高めるために実行するには非常に困難である。
当業者は熱勾配法と圧力勾配法を組み合せて、“熱勾配強制流動”法を発明した。これら二つの方法を組み合せることはそれぞれの方法の弱点を克服するようであり、また多孔質構造体の非常に急速な緻密化を生じさせる。しかしながら、熱勾配および圧力勾配の両方をある程度の制御のもとに誘発させるためには定着剤と装置が供給されなければならないため、これら二つの方法を組み合せることは複雑性を２倍にすることでもある。熱勾配強制流動法による小さなディスクおよびチューブの密度を高める方法は、米国特許第４，５８０，５２４号、および契約番号第ＤＥ−ＡＤ０５−８４０Ｒ２１４００（１９８４）のもとにｔｈｅ ＯＡＫ ＲＩＤＧＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｕ．Ｓ．ＤＥＰＡＲＴＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＥＲＧＹによって作成されたＡ．Ｊ．KａｐｕｔｏとＷ．Ｊ．Ｌａｃｋｅｙ著の「化学浸透による繊維強化されたセラミック複合材料の加工」によって開示されている。この方法によれば、繊維予備成形物は水冷却されたジャケットの内部に配置される。予備成形物の最上部は加熱され、ガスは予備成形物を通過し、それがマトリックスを分解し析出させる加熱された部分へと強制的に送られる。管状の多孔質構造体内でマトリックスを析出させる方法は米国特許第４，８９５，１０８号によって開示されている。この方法によれば、管状の多孔質構造体の外円柱面は加熱され、内円柱面は水ジャケットによって冷却される。反応体ガスは内円柱面へと導入される。様々な物を成形するための同様な強制流動熱勾配法が、Ｃｅｒａｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．Ｐｒｏｃ．１２［９−１０］ｐｐ．２００５−２０１４（１９９１）に記載のＴ．Ｈｕｎｈ、Ｃ．Ｖ．Ｂｕｒｋｌａｎｄ、およびＢ．Ｂｕｓｔａｍａｎｔｅ著の「ＣＶＩ法によるシリコンカーバイドマトリックスを伴なう厚手のディスク予備成形物の緻密化」、Ｊｏｕｒｎａｌ Ｄｅ Ｐｈｙｓｉｑｕｅ，Ｃｏｌｌｏｑｕｅ Ｃ５，ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ａｕ ｕ・５，Ｔｏｍｅ ５０（１９８９）に記載のＴ．Ｍ．Ｂｅｓｍａｎｎ、Ｒ．Ａ．Ｌｏｗｄｅｎ、Ｄ．Ｐ．Ｓｔｉｎｔｏｎ、およびＴ．Ｌ．Ｓｔａｒｒ著の「セラミック複合材料の急速な化学浸透のための方法」、Ｐｒｏｃ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ（１９９０），９０−１２（Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．Ｃｈｅｍ．Ｖａｐ．Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，１１ｔｈ，１９９０）５４６−５２に記載のＴ．Ｄ．Ｇｕｌｄｅｎ、Ｊ．Ｌ．Ｋａｅｅ、およびＫ．Ｐ．Ｎｏｒｔｏｎ著の「セラミックマトリックス複合材料の強制流動熱勾配化学浸透（ＣＶＩ）」によって開示されている。これらの開示の各々が、一度に多孔質な物品を一つだけ緻密化する方法しか開示しておらず、炭素／炭素ブレーキディスクのような複合物を大量に加工するには非実用的である。
こららの進歩にも関わらず、コストと複雑性を最小限に押えた上で急速に且つ単一に多孔質構造体を緻密化するＣＶＩ／ＣＶＤ法およびその方法を実行するための装置が望まれている。そのような装置はＣＶＩ／ＣＶＤプロセスにおいて好ましくは（数百という）多数の多孔質構造体のそれぞれを同時に緻密化できる。
発明の要約
本発明の一面によると、加熱炉内に配置された封入調節板構造体であってこの封入調節板構造体は調節板構造体入口および調節板構造体出口を有し、そして加熱炉内に配置された封入導管構造体であって、この封入導管構造体は、前記封入調節板構造体を通してその調節板構造体の出口へ、ガス流入口から流入した実質的に全ての反応体ガスが流通しかつ送り込まれるようにガス流入口および該調節板構造体入口の周囲が封入されている、ことを特徴とするガス流入口から反応体ガスを流入するＣＶＩ／ＣＶＤ加熱炉に使用するためのガス予備加熱器が提供される。
本発明の他の局面によると、ガス流入口からＣＶＩ／ＣＶＤ加熱炉内に配置されたガス予備加熱器へ反応体ガスを導入し、そのガス予備加熱器は調節板構造体入口および調節板構造体出口を有するＣＶＩ／ＣＶＤ加熱炉内に配置された封入調節板構造体と、そのガス流入口および調節板構造体入口の周囲に封入された封入導管構造体とを含み；そして該ガス流入口から該調節板構造体入口へ導入された反応体ガスを、該調節板構造体を通して調節板構造体出口外へ流通させる工程よりなることを特徴とするガス流入口からＣＶＩ／ＣＶＤ加熱炉へ反応体ガスを導入する方法が提供される。
本発明のさらに他の局面によると、それぞれの多孔質構造体はその中に連通した開孔部を有する多孔質構造体の積層体；
連通したベースプレート開孔部を有している、加熱炉内側に固定化して適合されたベースプレート；
該ベースプレートに間隔をおいて直面しているトッププレート；
該ベースプレートおよび該トッププレートの間に配置されたスペーシング構造体、このスペーシング構造体は、該ベースプレートと該トッププレートとの間に位置し、該多孔質構造体はそのベースプレートに隣接している多孔質構造体の１つおよびトッププレートに隣接している多孔質構造体の他の１つとともにベースプレートおよびトッププレートの間に配置している；およびそれぞれの一対の近接している多孔質構造体の間に多孔質構造体の積層体内に配置されている少なくとも１つのリング状スペーサー、このリング状スペーサーは近接している多孔質構造体の開孔部を取り囲んでいる；
ここで該ベースプレート、多孔質構造体の積層体および少なくとも１つのリング状スペーサーは、ベースプレートの開孔部から拡張し、それぞれの多孔質構造体の開孔部を含みそして近接するトッププレートまで終結している、囲まれた空洞を規定している、ことを特徴とする加熱炉の内側に沿って圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤである多孔質構造体を有する取り付け装置が提供される。
本発明のさらに別の局面によると、それぞれの隣接した一対の多孔質構造体の間にリング状スペーサーとともに多孔質構造体およびリング状スペーサーを多数積層して組立て；
ベースプレートおよびトッププレートの間に多孔質構造体の積層体を配置し、そのベースプレートは連通したベースプレート開孔部を有し、そこでベースプレート、多孔質構造体の積層体および少なくとも１つのリング状スペーサーは、ベースプレート開孔部から拡張し、それぞれの多孔質構造体を含みそして近接するトッププレートまで終結している、囲まれた空洞を規定している；
ベースプレートおよびトッププレートの間に多孔質構造体の積層体の周囲にスペーシング構造体を配置し、そのスペーシング構造体はベースプレートおよびトッププレートを結合している；
工程よりなる取り付け装置および勾配したＣＶＩ／ＣＶＤである多数の多孔質構造体、このそれぞれの多孔質構造体は連通した開孔を有している、を組立てる方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の態様による装置を含むＣＶＩ／ＣＶＤ加熱炉の図式的断面図を示す。
図２は、本発明の態様による予備加熱器の遠近図を示す。
図３は、図２のライン３−３に沿った断面図を示す。
図４は、本発明の態様による他の予備加熱器の遠近図を示す。
図５は、図４の予備加熱器の上面図を示す。
図６は、図５のライン６−６に沿った断面図を示す。
図７は、図４の予備加熱器の側面図の一部分を示す。
図８は、隣接した一組の貫通プレートの詳細図を示す。
図９は、本発明の態様による多孔質構造体の積層体を有する取り付け装置を示す。
図１０は、図９のライン１０−１０に沿った断面図を示す。
図１１は、図１０のライン１１−１１に沿った断面図を示す。
図１２Ａは、本発明の態様による封止装置を示す。
図１２Ｂは、本発明の態様による封止装置を示す。
図１３Ａは、本発明の態様による封止装置を示す。
図１３Ｂは、本発明の態様による封止装置を示す。
図１４Ａは、本発明の態様による封止装置を示す。
図１４Ｂは、本発明の態様による封止装置を示す。
図１５Ａは、本発明の態様による封止装置を示す。
図１５Ｂは、本発明の態様による封止装置を示す。
図１６は、積層体の高さを調節するための方法および装置を示す。
図１７は、積層体の高さを調節するためのもう一つの方法および装置を示す。
図１８は、スペーシング構造体の高さを調節するための方法および装置を示す。
図１９Ａは、本発明の態様による取り付け装置を組み立てるための方法を示す。
図１９Ｂは、本発明の態様による取り付け装置を組み立てるための方法を示す。
図２０は、本発明の態様による多孔質構造体を有するもう一つの取り付け装置を示す。
図２１は、本発明の態様による多孔質構造体を有するもう一つの取り付け装置を示す。
図２２は、本発明の態様による交互に配置した”ＩＤ”および”ＯＤ”封止体を持つ多孔質構造体を有するもう一つの取り付け装置を示す。
図２３は、本発明の態様による全て”ＩＤ”封止体を持つ多孔質構造体を有するもう一つの取り付け装置を示す。
図２４は、本発明の態様による予備加熱器とともに使用するための配列した貫通孔を持つカバープレートを示す。
詳細な説明
本発明およびその種々の態様は、図１から２４およびそれに伴う説明中に示されている。ここで、同じ番号が付けられた項目は、同じものである。この中で使用されるときには、”従来のＣＶＩ／ＣＶＤ”の用語は、前述の恒温ＣＶＩ／ＣＶＤ法を指すことを意図している。”圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤ”の用語は、前述の圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤまたは強制流動法を指すことを意図し、そして前述の熱勾配および熱勾配強制流動法を、これらの方法が析出方法に影響を与える故意に引き起こされた熱勾配を利用する範囲に、特に除外することを意図している。
図１を引用すると、本発明の態様による、ガス予備加熱器５０を持つＣＶＩ／ＣＶＤ加熱炉１０の図式的記述が示されている。加熱炉１０は内表面１２を規定する加熱炉殻１３を持つ。内表面１２は加熱炉体積１４を規定する。加熱炉１０は矢印２４で示されるように、ガス入口１６から反応物を受け入れる。予備加熱器５０は加熱炉１０の内部に、多くの多孔質構造体２２と一緒に配置される。多孔質構造体２２は、多孔質構造体を加熱炉体積の至る所に等間隔に置く取り付け装置（示されていない）によって支持される。従来のＣＶＩ／ＣＶＤ法によって多孔質構造体を高密度化するのに適した取り付け装置は当業界ではきわめてよく知られており、そのいずれも予備加熱器５０と共に使用するのに適している。本発明のもう一つの態様によれば、図９から２４についてより詳細に後述されるように、取り付け装置は圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤ法によって多孔質構造体２２を高密度化するために特に適合されてもよい。加熱炉１０は誘導加熱、抵抗加熱、マイクロ波加熱、または相当する当業界に既知の全ての方法で加熱されてもよい。好ましい態様によれば、加熱炉１０は誘導加熱され、そして加熱炉１０の内部に配置されたサセプター（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）３０から成る。サセプター３０は好ましくは、一般に円筒形のサセプター壁４６４およびサセプター底部１８を含む。第１誘導コイル４６６、第２誘導コイル４６８および第３誘導コイル４７０は、サセプター壁４６４を取り囲む。絶縁隔壁３１はサセプター壁４６４とコイル４６６、４６８、および４７０の間に配置される。サセプター３０は、加熱炉体積１４の内部に含まれる反応器体積８８を規定する内表面８６を持つ。多孔質構造体は反応器体積８８の内部に配置され、そしてサセプター３０からの放射によって主に加熱される。
予備加熱器５０はガスを受け入れ、そして残留反応器体積８８内に導入する前にガス温度を上げる。予備加熱器５０は、加熱炉１０内部の封入調節板構造体５８および封入導管構造体５２を有している。調節板構造体５８は調節板構造体入口５４および調節板構造体出口５６を有している。封入導管構造体５２は、矢印３６で示されるように、ガス入口から受け入れられる実質的に全ての反応体ガスが封入調節板構造体５８を通って調節板構造体出口５６の方へ押し流されるように、ガス入口１６および調節板構造体入口５４の周囲で封止される。実際には、予備加熱器５０は９２６．７℃（１７００°Ｆ）を越える温度に加熱されてもよい。そのような高温度で完全な封止を保持することは難しい。少量の漏洩は差し支えないし、そして避けることは難しいかもしれない。”実質的に全てのガス”の用語は少量の漏洩は認容することを意図している。少なくとも９０％、そしてより好ましくは少なくとも９５％のガスが調節板構造体５８を通って押し流される。調節板構造体５８は、配列したロッド、チューブ、貫通プレート、またはそれに相当する、流れを分散させそして調節板構造体５８から反応体ガスへの対流による熱移動を増加させるための構造体を有してもよい。
反応器体積８８に入った後、ガスは多孔質構造体２２の周囲をまたは突き抜けて通り、そして矢印２８で示されるように排気装置３２を通り抜けて加熱炉体積１４から出る。ガスは多孔質構造体２２を浸透し、そしてそれぞれの多孔質構造体２２の内部に結合マトリックスを析出させる。本発明の種々の態様は、炭素またはセラミックベースの多孔質構造体２２の内部で析出される炭素またはセラミックマトリックスを含むがそれに限定されないどのタイプのＣＶＩ／ＣＶＤマトリックスが使用されてもよい。本発明は、炭素ベースの多孔質構造体の内部で炭素マトリックスを析出させるのに特に有用であり、そして航空機のブレーキディスクのような炭素／炭素複合構造体を製作するのにとりわけ有用である。好ましい態様によれば、カバープレート６０は調節板構造体出口５６の上方に配置され、そして少なくとも一つの開孔部６４を持つ。このカバープレートは好ましくは、調節板構造体出口５６の周囲で封止され、調節板構造体出口５６からの実質的に全てのガスが少なくとも一つの開孔部６４を通るように方向付けられる。
図２を引用すると、予備加熱器５０の詳細な態様を表す予備加熱器５００が示されている。予備加熱器５００は封入導管構造体５０２および封入調節板構造体５０８から成る。この封入導管構造体５０２はサセプター底部１８上に設置され、そして多数の封止接合部５２６、５２８、５３０、５３２および５３４を形成する多数のピース（ｐｉｅｃｅ）５１６、５１８、５２０、５２２および５２４から成る。封止接合部５２６、５２８、５３０、５３２および５３４は適応性ガスケットおよび／または固化液体接着物またはガスケット材料から成ってもよい。図２のライン３−３に沿って得られた予備加熱器５００の断面図が図３に示されている。封入調節板構造体５０８は好ましくは封入導管構造体５０２上にのる。封入導管構造体ピース５１６、５１８、５２０および５２２は、調節板構造体５０８とかみ合うレッジ（出張り部）５３６、５３８のようなレッジを有して与えられてもよい。ガス入口１６は底部の導管構造物ピース５２４に封止されてもよい。
好ましい態様によれば、封入調節板構造体５０８は多数の等間隔に置かれた平行な貫通プレート５４０から成る。底部の貫通プレート５４０は調節板構造体入口５０４から成り、そして最上部の貫通プレート５４０は調節板構造体出口５０６から成る。それぞれの貫通プレート５４０は配列した貫通孔５４２を有する。一つの貫通プレート５４０の配列した貫通孔５４２は隣接した貫通プレート５４０の配列した貫通孔５４２に対して一列にならない（同一直線上にない）。調節板構造体５０８は好ましくは、貫通プレートの周辺長５４４（太線として示されている）を規定する、同一枠内に積層された配列した貫通プレート５４０から成る。多数の第１適応性ガスケット５４６は、貫通プレートの周辺長５４４の周囲に、隣接した貫通プレート５４０のそれぞれの組の間に配置される。貫通プレート５４０を封止し且つ等間隔に置くことによって二つの目的にかなう。第２適応性ガスケット５４８はレッジ５３６および５３８と封入調節板構造体５０８の間に配置される。ガスは矢印２４で示されるように、ガス入口１６を通って予備加熱器の中に導入される。封入導管構造体５０２は矢印５５０で示されるようにガスが広がりそして分散するのを認容し、そしてガスを調節板構造体入口５０４の方へ仕向ける。実質的に全てのガスは調節板構造体５０８を通って分散させられ、そして矢印５５２で示されるように調節板構造体出口５０６を出る。再び図２を引用すると、カバープレート５１０は、少なくとも一つの開孔部５１４を持っている調節板構造体出口５０８の上方に配置されてもよい。カバープレート５１０は好ましくは、調節板構造体出口５０８の周囲で封止され、それによって調節板構造体出口５０８からの実質的に全てのガスが、少なくとも一つの開孔部５１４を通るように方向付けられる。これは封入導管構造体を調節板構造体出口の上方に短い距離で延長し、そして適応性ガスケットをカバープレート５１０と封入導管構造体５０２の間に配置することによって達成されてもよい。
図４を引用すると、予備加熱器５０の好ましい態様を表す予備加熱器１００が示されている。この予備加熱器１００は封入導管構造体１０２および加熱炉１０の内部に配置される封入調節板構造体１０８から成る。この予備加熱器１００はガス入口１６（図１）からガスを受け入れる。この例では、封入調節板構造体１０８は配列した空間貫通プレート１２８および１２９から成る。空間貫通プレート１２８および１２９は調節板構造体入口１０４から成る底部の貫通プレートと、調節板構造体出口１０６から成る最上部の貫通プレートを有する。封入導管構造体１０２は、ガス入口１６（図１）および調節板構造体入口１０４の周囲で封止され、それによってガス入口から受け入れられる実質的に全ての反応体ガスが封入調節板構造体１０８を通って調節板構造体出口１０８に流れるように方向付けられそして押し流される。封入導管構造体１０２および封入調節板構造体１０８は互いに封止され、そのためガスは残留反応器体積８８（図１）の中を通る前に封入調節板構造体１０８を通って流れるのを避けることができない。示された態様では、封入導管構造体１０２は、封入調節板構造体１０８を通り抜けないで予備加熱器１００から反応器体積８８（図１）にガスが漏洩するのを防ぐために、感知器底部１８に封止される。入口１６から導管構造体１０２内に導入された実質的に全てのガスは、封入調節板構造体１０８内に押し流される。
好ましい態様によれば、封入導管構造体１０２は多数の封止接合部を形成する少なくとも２つのピースを有する。図４の予備加熱器１００のピースは、合わせることによっていくつかの封止接合部１２４、１２５、１６６、１６８、１７０、１７２および１７４を形成する支持バー１１９、１２０および１２１、上部リング１２２および下部リング１２３から成る。この支持バー１１９、１２０および１２１と下部リング１２３は好ましくは、封入調節板構造体の重量を支持する。接合部１６６、１６８、１７０、１７２および１７４は好ましくは、後に固化する液体接着物で封止される。上部リング１２２および下部リング１２３と封入調節板構造体１０８の間の接合部１２４および１２５は好ましくは、図６に描かれるように適応性ガスケット１２６および１３８で封止される。上部リング１２２と支持バー１１９および１２１の間の接合部１６６および１７４は好ましくは、図７に描かれるように適応性ガスケット１７６で封止される。下部リング１２３と支持バー１２１の間の接合部１７２は好ましくは、図７に描かれるように（同様のガスケットが下部リング１２３と支持バー１１９の間に与えられる）、適応性ガスケット１７８で封止される。図６に描かれるように、封入導管構造体１０２とサセプター底部の間の封止は、周辺長構造体１０２とサセプター底部１８の間に配置された適応性ガスケット１１８から成ってもよい。特に、ガスケット１１８は下部リング１２３とサセプター底部１８の間、および支持バー１１９、１２０および１２１とサセプター底部１８の間に配置されてもよい。封止を増強するために液体接着物を使用してもよい。適応性ガスケット材料は、それが封入導管構造体１０２を構成するいくつかのピースの熱膨張によって引き起こされる歪みを吸収するので、特に有用である。
再び図４を引用すると、カバープレート１１０は好ましくは、調節板構造体出口１０６の上方に配置される封入導管構造体１０２に接する。このカバープレート１１０は多孔質構造体取り付け装置を支持するのに役に立つ。カバープレート１１０は圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤ法に使用するために適合され、そして複数の開孔部１１４および１１６を有する。代わりのカバープレート１５２は図２４に示されており、配列した貫通孔１５３を持ち、そして反応器体積８８の至る所でのガスの実質的に均一な分散が要求される所で、従来のＣＶＩ／ＣＶＤ法に使用するために適合される。本発明による予備加熱器は、従来のあるいは圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤ法の一方と等しい実用性を持っている。多孔質構造体２２を支える取り付け装置は好ましくは、カバープレート１１０または１５２上に設置される。再び図４を引用すると、カバープレート１１０は好ましくは、調節板構造体出口１０６の周囲で封止される。かくして、調節板構造体出口１０６からの実質的に全てのガスは、開孔部１１４および１１６の方へ方向付けられる。カバープレート１１０は図５および６に示されるように、封入導管構造体１０２とカバープレート１１０の間の接合部に適応ガスケットを置くことによって、封入導管構造体１０２に封止されてもよい。この場合、封入導管構造体１０２は封入調節板構造体１０８の上方に拡張される。
再び図４を引用すると、封入調節板構造体１０８は少なくとも一つの貫通プレート１２８を有する。好ましい態様によれば、多数のプレート１２８および１２９は平行に与えられ、且つ互いから等間隔に置かれる。より好ましい態様によれば、プレート１２８および１２９は互いに接し、そして調節板構造体周囲長１３２を規定する積層体内に配列される（図５および６中に強調線として示されている）。それぞれの封入調節板構造体プレート１２８は図８に描かれるように、配列した貫通孔１３０から成り、一つの貫通プレート１２８の配列した貫通孔１３０は隣接した貫通プレート１２９の配列した貫通孔１３１と一列にならない（同一直線上にない）。板１２８のそれぞれの貫通孔は好ましくは、隣接したプレート１２９の４つの貫通孔に囲まれ且つそれらから等距離である。同様に、プレート１２９のそれぞれの貫通孔は好ましくは、隣接したプレート１２８の４つの貫通孔に囲まれ且つそれらから等距離である。再び図４を引用すると、調節板構造体周囲長１３２は封止され、そしてそれぞれの貫通プレート１２８および１２９の外部平面方向限界を有する。調節板構造体周囲長１３２は好ましくは、図５、６および７に示されるように、調節板構造体周囲長１３２の周囲で、隣接する貫通プレート１２８および１２９のそれぞれの組の間に、適応性ガスケット１３４を配置することによって封止される。この適応性ガスケット１３４は、調節板構造体周囲長１３４を封止し、且つ個々の貫通プレート１２８および１２９を等間隔に置くことによって二つの目的にかなう。図６に描かれるように、封入調節板構造体１０８の一部分１０９はサセプター壁４６４にきわめて接近して露出している。この配列はサセプター壁４６４から直接に貫通プレート１２８および１２９への放射による熱の移動をきわめて容易にする。熱はプレート１２８および１２９に沿って伝導によって移動され、そして強制対流によってガスに移動される。
図４、６および７に示したとおり、封入導管構造体１０８は、封入調節板構造体１０８の設置している上にレッヂ（出っ張り部）１３６を好ましくは規定している。実施態様においては、支持バー１１９、１２０および１２１は下部リング１２３と組合わせてレッヂを規定している。適応性ガスケット１３８は、封入調節板構造体１０８および封入導管構造体１０２の間に封入剤を備えそれによってレッヂ１２３および封入調節板構造体１０８の間に配置されている。
図６を引用すると、多数の支柱１４０は、さらに封入調節板構造体１０８を支持するように備えられている。それぞれの支柱１４０はシート１４４を規定している拡大部分１４２を有している。封入調節板構造体１０８はシート１４４の上に設置されている。それぞれの支柱１４０は封入調節板構造体１０８の上に拡大された柱の部分にタップ付穴を有している。アイボルトが封入調節板構造体１０８を持ち上げたり移動したりするために適当な硬度を付与されているネジ切り穴へ導入されてもよい。
ガス予備加熱器１００は、前述したとおり支持バー１１９、１２０および１２１、それと適当な封止剤とともに底部部分１８の上に下部リング１２３を備え付けることにより組み立てられる。次いで封入調節板構造体１０８は適当な封止剤とともに支柱１４０の上に組立てられ、引き続いて加熱炉１０中におろし、レッヂ１３６に結合するようにおろされる。そして上部リング１２２は調節板構造体１０８のトップに適当なガスケットおよび接着剤とともに取り付ける。カバープレート１１０または１５２は加熱炉１０中におろされ封入導管構造体１０２に結合するようにおろされる。カバープレート１１０または１５２はアイボルトが挿入されている多数のタップ付穴に備えられていてもよい。封入調節板構造体１０８およびカバープレート１１０または１５２を持ち上げかつ移動するために、適当な硬度がアイボルトに付与されている。
さらに支柱１４０が図示されているようにカバープレート１１０または１５２のために支持体として具備されている。図６に示されるように上部および下部リング１２２および１２３が支持バー１１９および１２１から離れて移動しないようにするため、くさび１４８がサセプター壁４６４および封入導管構造体１０２の間に配置されている。
予備加熱器５０、１００および５００の種々の成分は、好ましくは一枚のグラファイトから形成されている。グラファイトセメントが封止剤を形成しまたは強化するために液体接着剤として使用される。種々の適応性ガスケットは、ＥＧＣ Ｔｈｅｒｍａｆｏｉｌ^▲Ｒ▼またはＴｈｅｒｍａｂｒａｉｄ^▲Ｒ▼のフレキシブルグラファイトシートおよびリボン−パック［これらはＥＧＣ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社（Ｍｏｎｔｏｒ，Ｏｈｉｏ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）より入手できる］のようなフレキシブルグラファイトから形成することができる。類似のものがＵＣＡＲ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．社（Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ｏｈｉｏ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）より入手しうる。
本発明の態様によれば、入口からＣＶＩ／ＣＶＤ加熱炉へガスを導入する方法は図６に示されている。この方法は、矢印２４および３４に示されているように入口１６から封入導管構造体へガスを導入することによって開始される。入口１６は封入調節板構造体１０８へ入る前に封入導管構造体中でガスを分散する多数の有孔入口レッグ（ｌｅｇ）１７および１９を好ましくは有している。次いで入口１６から導入された実質的に全てのガスは、調節板構造体の入口１０４に流通し、封入調節板構造体１０８を通り、そして調節板構造体の出口１０８から出る。
ガスは前述したように封入予備加熱器の構造の効果によって残留反応器体積８８に到達する前に封入調節板構造体を通して押し流される。かくしてガスは反応器体積８６へ直接流れることができない。ガスは必ず封入調節板構造体１０８を最初に流れる。
好ましい態様によれば、ガスは封入調節板構造体１０８内において矢印３６により図示したようにいくつかの貫通プレート１２８および１２９の間の前後に押し流される。ガスを前後に押し流す力は、封入貫通プレート１２８および１２９から熱対流を増加しそして熱効率を改善する。圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤ法が採用されると、カバープレート１１０は調節板構造体出口１０６から矢印２９で示すように開孔部１１４を通ってガスを流通させる。図４に示されるように１個以上の開孔部がカバープレート１１０に設けられている。
ある態様によれば、１時間当たり約９００標準立方フィートの反応性ガス流れが約８００°Ｆの温度および約１０Ｔｏｒｒの反応器体積圧で予備加熱器１００に入り、そして約０．０６〜０．０７秒の予備加熱器滞留時間で約１７５０〜１８００°Ｆの温度でカバープレート開孔部１１４または１１６の１つを通り、予備加熱器１１０から放出される。本発明による予備加熱器内での反応性ガスの滞留時間は、好ましくは約０．０５〜０．１０秒の範囲である。
図１を再度引用すると、少なくとも第２のガス予備加熱器７０は加熱炉１０が少なくとも第２のガス入口２０を有している場合に備えられる。反応性ガスは矢印２６により示したように第２ガス入口２０を通して加熱炉１０へ導入される。予備加熱器５０におけるように第２の予備加熱器７０はガスを受け入れるとガスを残留反応器体積８６へ導入する前にガス温度が上昇する。第２の予備加熱器７０は加熱炉１０内において、第２の封入調節板構造体７８および第２の封入導管構造体７２を有している。
第２の封入調節板構造体７８は第２の調節板構造体入口７４および第２の調節板構造体出口７６を有している。第２の封入導管構造体７２は、第２ガス入口から受け取られた実質的に全ての反応性ガスが矢印３７により示したように第２の封入調節板構造体７８を通して第２の調節板構造体出口７６に押し流されるように、第２のガス入口２０および第２の調節板構造体入口７４の周囲が封止されている。
第２の調節板構造体７８は、第２の調節板構造体入口７４における反応性ガスよりも高い温度に加熱され、第２の調節板構造体出口７６を通して残留反応器体積８６に入る前に反応性ガスの温度を上昇させる。反応器体積８８に入って後、ガスは多孔質構造体２２の周囲または中を通って流れ、矢印２８により示したように出口３２を通して加熱炉体積１４を離れる。
好ましい態様によれば、カバープレート８０は、調節板構造体出口７６の上に配置され、少なくとも１つの開孔部８４を有している。好ましくはカバープレートは、調節板構造体出口７６から実質的に全てのガスが少なくとも１つの開孔部８４を通って流出するように、調節板構造体出口７６の周囲が封止されている。
予備加熱器５０および第２の予備加熱器７０は、隣接する予備加熱器の間でガスの移動が妨げられるように互いに封止されているのが好ましい。
第３のまたは追加的な予備加熱器は、予備加熱器５０および第２の予備加熱器７０と実質的に同じように加熱炉１０の中で種々の調整をして配置されていてもよい。
図５に示したように、追加的な予備加熱器１５４、１５６および１５８は、予備加熱器１００の近辺に配置され、個々の封入導管構造体は、近辺の予備加熱器の間に配置された構造体と一緒になっている。加熱炉が円筒状である場合には、多数の外部予備加熱器は、加熱炉底部の中央に配置された１つの多角形の予備加熱器の周囲に配置されたアーチ状の円弧のような形であってもよい。例として中央予備加熱器は四角形である。分離ガス入口は、それぞれの封入導管構造体のために準備されている。
再度図１を引用すると、反応性ガスの流れの第１ガス温度は、第１温度感知器４９０によって調節板構造体出口の近辺で感知される。予備加熱器温度は、予備加熱器５０の加熱の増大あるいは減少により所望のガス温度を達成するように調整される。図１において、サセプター壁４６４は、第１サセプター壁部４６７、第２サセプター壁部４６９および第３サセプター壁部４７１よりなる。第１誘導コイル４６６は、第１誘導コイル４６６から第１サセプター壁部４６７において熱エネルギーに電気エネルギーが移動する方法で第１サセプター壁部４６７に誘導的に接続される。同じことが、第２サセプター壁部４６９および第２誘導コイル４６８、第３サセプター壁部４７１および第３誘導コイル４７０にも適用される。予備加熱器５０は、第１誘導コイル４６６の近辺にある第１サセプター壁部４６７から放射熱エネルギーによって主に加熱される。
かくして第１予備加熱器温度は、第１誘導コイル４６６に電力を調整することによって調整することができる。第２誘導コイル４６８および４７０への電力は、加熱炉の長さ（ガスの流れの一般的方向）に沿って望ましい多孔質構造体温度プロファイルを維持するのに必要とするために調整される。
第１予備加熱器５０は放射による熱エネルギーの移動を改善する第１サセプター壁部４６７の近辺に配置するのが好ましい。第１温度感知器４９０によって感知した温度は、第１温度感知器ライン４９４を経由して制御器４１５に送られる。制御器は、調節板構造体出口５６を放出するガス流れの所望の温度が達成されるのに必要な第１誘導コイル４６６に電力をマニュアルでまたは自動的に調整することができる。第２温度感知器４９２は第２調節板構造体出口７６を放出するガスの温度を感知するために同じように設置される。第２温度感知器４９２によって感知された温度は、第２温度感知器ライン４９６を経由して制御器４１５に接続される。
前述したように、多数の予備加熱器は中央予備加熱器へ放射によって熱エネルギーの移動を遮断するサセプター壁部４６４の近辺にある多孔質構造体の予備加熱器に囲まれた１またはそれ以上の予備加熱器を備えていてもよい。
かくして中央予備加熱器は、サセプター壁からの放射によって直接加熱され、中央予備加熱器温度は、第１誘導コイル４６６への電力を変えることによって制御される。また予備加熱器は、それぞれの予備加熱器へ供給される熱エネルギーの直接制御を行うよう加熱された抵抗器でもある。かかる変更は本発明の範囲内において考慮される。
加熱炉内側における圧力密度勾配ＣＶＩ／ＣＶＤである多孔質構造体２２を有する取り付け装置２００は図９に表される。多孔質構造体２２は積層体２０６中に配列されている。取り付け装置はベースプレート２０４、スペーシング構造体２０６およびトッププレート２０８よりなる。トッププレート２０８は、カバープレート２１２およびおもし２１４によって封止された開孔部２１０を随意に有してもよい。随意にカバープレート封止体２１３は、トッププレート開孔部２１０の周囲を囲んでいるカバープレート２１２およびトッププレート２０８との間に配置されることが好ましい。それぞれの多孔質構造体２２は開孔部２３を有している。多孔質構造体２２を有する取り付け装置２００は、ＣＶＩ／ＣＶＤ加熱炉（図１）の反応器体積８８の中に配置されている。
図１０を引用すると、図９のライン１０−１０に沿って取り付け装置の断面図が示されている。ベースプレート２０４はＣＶＩ／ＣＶＤ加熱炉１０（図１）の内側にカバープレート１１０に対して固定化されるように適合されている。そのカバープレート１１０は図６に示されているように予備加熱器１００のような予備加熱器に対し封止されていることが好ましい。
図１０を引用すると、ベースプレート２０４はカバープレート開口部１１４または１１６で流通したベースプレート開口部２１６を有している。ベースプレートは、カバープレート１１０において対となる円錐状のピンホール２２８中に配置された多数の円錐状ピン２２６によって設置されているのが好ましい。
ベースプレート２０４は、円錐状ピン２２６と並びかつ受け入れる、対となる円錐状ベースプレートホール２３０を有している。この設置は、カバープレート開孔部１１４または１１６とともにベースプレート開孔部２１６と並べることを容易にする。ベースプレート２０４は、カバープレート１１４または１１６に対して封止されることが好ましく、この目的のために適応性ガスケット２８０は、ベースプレート２０４およびカバープレート１１０との間に配置される。また取り付け装置２００は、予備加熱器５００（図２および３）に含まれている他の封入予備加熱器とともに同じ態様で使用される。
トッププレート２０８はベースプレート２０４と間隔をおいて直面している。スペーシング構造体２０６は、ベースプレート２０４およびトッププレート２０８の間に結合して配置されている。本発明の態様においては、そのスペーシング構造体は、ベースプレート２０４およびトッププレート２０８の間に拡張されている多孔質構造体の積層体の周りに配置されている。それぞれの支柱はベースプレート２０４において対となるホール２２２およびトッププレート２０８において対となるホール２２４によって受け入れられる両端部にピン２２０を有している。スペーシング構造体２０６は少なくとも３つの支柱２１８よりなるのが好ましい。
またスペーシング構造体２０２は、貫通した筒状物または同様の構造体のような単一部品として形成され、ベースプレート２０４およびトッププレート２０８を結合するための他調整も可能であり、その全ては本発明の範囲内として考慮される。
多孔質構造体の積層体は、ベースプレート２０４に隣接した多孔質構造体２２の１つおよびトッププレート２０８に隣接した多孔質構造体の他の１つとともにベースプレート２０４およびトッププレート２０８との間に配置される。
少なくとも１つのリング状スペーサー２３４は多孔質構造体２０２の近傍のそれぞれの対の間に多孔質構造体の積層体中に配置される。リング状スペーサー２３４は多孔質構造体開孔部２３の近辺を囲っている。少なくとも１つのリング状スペーサー２３４はベースプレート２０４およびベースプレート２０４の近辺の多孔質構造体２２との間に配置されるのが好ましく、少なくとも１つのリング状スペーサー２３４はトッププレート２０８およびトッププレート２０８の近辺の多孔質構造体２２との間に配置されることが好ましい。
また、トッププレート２０８およびベースプレート２０４の近辺のリング状スペーサー２３４と類似したリング構造体は、これらリング状スペーサーに必要なものを除いたベースプレート２０４およびトッププレート２０８中に一体化して形成されている。ベースプレート２０４、多孔質構造体の積層体および少なくとも１つのリング状スペーサー２３４は、それぞれの多孔質構造体開口部２３を含みかつトッププレート２０８の近辺まで終結しているベースプレート開口部２１６から拡張して囲まれた空洞２３６を規定している。
カバープレート２１２およびカバープレート封止体２１３は、トッププレート２０８が積層体２０２の上部においてトッププレート開口部２１０を有している場合には、囲まれた空洞２３６で終結している。
取り付け装置２００は、圧力勾配ＣＶＩ−ＣＶＤ法に使用するために特に適しているが、また前記した適当な冷却ジャケットを用いて熱勾配強制流動ＣＶＩ／ＣＶＤ法にも使用される。図１０を引用すると、矢印２９に示されているようにカバープレート開口部１１４または１１６を通して囲まれた空洞中に導入される。その流れは反応器体積８８（図１）および囲まれた空洞２３６の間での圧力の差を生じることによって誘発される。
そのガスは矢印２４２の方向に空洞２３６を通り、矢印２４４で示したようにそれぞれの多孔質構造体中へ、そして矢印２４６で示したようにそれぞれの多孔質構造体から流れる。そこでは矢印２８（図１）の方向に排出口３２を通して加熱炉体積１４から流出する。多孔質構造体２２を通して押し流されたガスの分散あるいは流れは、前述したように加熱炉体積１４および反応器体積８８における圧力を減圧に減じることによりまたは封入予備加熱器構造体を通じて囲まれた空洞２３６により高い圧力で反応性ガスを供給することによって誘発することが好ましい。そこでは多孔質構造体を交叉して圧力勾配が展開する。それぞれの環状多孔質構造体２２は、表面領域２３８（図１０および１１において太線で示されている）を有している。表面領域２３８の一部は、リング状スペーサーにより覆われ、そして多孔質構造体２２に入ったりまたは出たりするようにガスにさらされることはない。
好ましくは、それぞれの多孔質構造体２２の表面領域２３８の大部分（少なくとも５０％）は多孔質構造体２２に入ったりまた出たりするようにガスにさらされている。表面領域２３８のほとんどはさらされているのが好ましい。実際は多孔質構造体２２およびリング状スペーサーは長楕円形、四角形、多角形などのような種々の形であることができ、その全ては本発明の範囲内に含まれる。
しかしながら、多孔質構造体２２は、航空機ブレーキディスクを製作するための２つのフラット対面表面の形の環状であることが好ましい。かくして図１０を引用すると、取り付け装置２００を有する環状多孔質構造体の積層体は、環状多孔質壁の反対側にＣＶＩ／ＣＶＤ加熱炉へ向かっておよびそれから取り出される反応性ガスと一緒に環状多孔質壁２４０を規定している。
図１１を引用すると、図１０のライン１１−１１に沿った断面図が示されている。本発明の好ましい態様によれば、それぞれの多孔質構造体開孔部２３は、多孔質構造体内径４２を規定し、そしてそれぞれのリング状スペーサーは、スペーサーの内径２３５よりも小さいそれぞれの多孔質構造体の内径４２とともにスペーサーの内径２３５を規定している。より好ましくは、多孔質構造体２２は外径４４を規定し、そしてスペーサーの内径２３５は、反応性ガスに対して多孔質構造体の表面領域をほとんどさらすために多孔質構造体の外径４４よりも僅かに小さい。そのような場合、リング状スペーサー２３４は、多孔質構造体の外径２３５に一般的に近似している。スペーサーの内径２３５および多孔質構造体の外径の差は集積を助けるのに充分に大きくなければならないが、リング状スペーサーおよび多孔質構造体２２の間に引き続く密度化プロセスで結合力を充分に最小化するために小さいことが必要である。
スペーサーの外径２３３はリング状スペーサー２３４および多孔質構造体の間にプライ・ポイント（ｐｒｙ−ｐｏｉｎｔ）を備えているほど充分に大きいことが好ましい。それは引き続く密度化プロセスでリング状スペーサー２３４を除去するのを助け、加熱炉スペースの使用を最大化するのに充分にコンパクト化するのを助けている。本発明のある態様によれば、約２１インチの外径を有している環状多孔質構造体２２をプロセスするために、スペーサーの外径２３３は約２１．９インチであり、スペーサーの内径２３５は約１９．９インチである。リング状スペーサーは好ましくは少なくとも０．２５インチの厚さである。
図１４Ａおよび１４Ｂはスペーサー２３４の詳細図を示し、隣接している一対の多孔質構造体の境界面を示している。それぞれのリング状スペーサー２３４は、隣接する多孔質構造体２２に互いに間隔を置き、そして直面している２つの平行したスペーサー面２５２および２５４を有している。多孔質構造体２２が適応性である場合には、隣接する多孔質構造体２２は多孔質構造体２２を僅かに変形させ、そして封止を展開させる矢印２５０に示されるリングに対して加圧される。リング状スペーサー２３４に対して隣接する多孔質構造体を加圧することは、多孔質構造体２２を通して通過することなく、反応器体積中へガスがもれることを防ぐリング状スペーサー２３４に対してそれぞれの多孔質構造体を封止することになる。リング状スペーサーの平坦面２５２および２５４を有するリング状スペーサー２３４は、表面を熱分解カーボンで被覆して封止され、それは密度化の後多孔質構造体２２から分離することができる。好ましい態様によれば、リング状スペーサー２３４は、１２５ＲＭＳマイクロインチの最大表面粗さを有するリング状スペーサー面２５２および２５４に一枚（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）のグラファイトから加工される。このことはスペーサーおよび多孔質構造体の間のガスケットの必要性を除きそして積層体の集積が極めて簡単になったので驚くべき発見である。
リング状スペーサー２３４の別の態様は図１５Ａおよび１５Ｂに示されている。この態様では少なくとも１つのリング状適応性ガスケット２５６および２５８は、それぞれのスペーサー面２５２および２５４に隣接して配置され、それぞれの適応性ガスケット２５６および２５８は矢印２５０に示されるように近接する多孔質構造体２２に対して加圧される。その構造体はリング状スペーサー２３４に対して適応性ガスケット２５６および２５８を変形させ、封止を形成する。この態様は多孔質構造体２２が適応性でない（例えば既に部分的に密度化されている）場合には好ましい。そのような場合、図１４Ａおよび１４Ｂのようにリング状スペーサーに対して単に多孔質構造体を加圧することは充分な封止を形成しない。
図１２Ａおよび１２Ｂを引用すると、ベースプレート２０４またはトッププレート２０８のどちらかに隣接するリング状スペーサーの詳細図が示されている。トッププレート２０８、底部プレート２０４およびリング状スペーサー２３４は非適応性材料で形成されている。従って、リング状適応性ガスケット２６０はリング状スペーサー２３４およびトッププレート２０８または底部プレート２０４の間に配置されている。多孔質構造体２２が適応性である場合には、多孔質構造体２２を変形する矢印２５０に示されているようにリング状スペーサー２３４に対して加圧して封止を形成してもよい。リング状スペーサー２３４に対して多孔質構造体２２を加圧することは、多孔質構造体２２を通して通過することなく、ガスが囲まれた空洞から反応器体積へもれるのを防ぐのに効果的である。別の態様は図１３Ａおよび１３Ｂに示されている。この態様では多孔質構造体２２が相対的に硬く、適応性でない場合には好ましい。追加的なリング状の適応性ガスケット２６２がリング状スペーサー２３４および多孔質構造体２２の間に配置され、引き続いて矢印２５０に示したように圧力が加えられる。ガスケット２６０および２６２はいずれも適応性であるのが好ましい。
本発明による取り付け装置２００の種々の構成部品は好ましくは、一体構造の図形から機械製作される。種々の適応性ガスケットは、ＥＧＣ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社（Ｍｅｎｔｏｒ，Ｏｈｉｏ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）Ｔｈｅｒｍａｆｏｉｌ^▲Ｒ▼ブランドの柔軟性のあるグラファイトシートおよびリボンパックのような、屈曲性のあるグラファイトから形成されてもよい。匹敵する材料はＵＣＡＲ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．社（Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）から入手できる。本発明の実施において、グラファイトまたはセラミックベースセメントおよびペーストのような、他のタイプの封止剤が使用されてもよい。しかし、ここに開示された封止剤は、経済的に実施でき、且つ高密度化する前に取り付け装置２００および多孔質構造体２０２の積層体を容易に組み立てることができ、そして高密度化の後に取り付け装置２００および多孔質構造体２０２の積層体を容易に解体することができる。多孔質構造体２０２の積層体は既述の封止剤を使用して形成され、そしてベースプレート２０４とトッププレート２０８の間に圧縮して配置される。高密度化の後、トッププレート２０８は取り去ってもよいし、また、積層体は多孔質構造体２２をさらに処理するために解体されてもよい。リング状スペーサー２３４および取り付け装置２００を構成する他の構成部品は、他の多孔質構造体２２を高密度化するためにその後再利用してもよい。
図１９Ａおよび１９Ｂを引用すると、取り付け装置２００を組み立てるための好ましい方法が示されている。好ましい態様によれば、スペーシング構造体２０６はトッププレート２０８に分離できるようにかみ合い、それによってトッププレート２０８がスペーシング構造体２０６から離脱するのを可能にする。これは前述のように、取り付け装置２００においてピン２２０を持つスペーシング支柱２１８、およびピン２２０を受け入れるトッププレートの穴２２４を持つトッププレート２０８によって達成される。ピン２２０はトッププレートの穴２２４に滑りはめ込みでかみ合い、それでトッププレート２０８はスペーシング構造体２０６の方に向かっておよびそれから離れて自由に動くことができる。スペーシング構造体２０６および多孔構造体２０２の積層体は、トッププレート２０８が取り付けられる前に（積層体２０２が向かい合っているプレート２０４と２０８の間に配置される前に）、積層体がベースプレート２０４の最上面に関係のある高さＡを規定し、スペーシング構造体がベースプレート２０４の最上面に関係のある高さＢを規定するように配置される。ここでＡはＢより大きい。トッププレート２０８はそれから、多孔質構造体２０２の積層体上に置かれ、そして図１９Ｂに示されるように、スペーシング構造体２０６上に据え付けるまでベースプレート２０４の方へ押し込まれる。スペーシング構造体２０６は多孔質構造体２０２の積層体を前もって定められた高さＢまで圧縮する。トッププレート２０８は支柱２１８によって規定されるストップ上に据え付ける。
このように、多孔質構造体２０２の積層体を有する取り付け装置２００を組み立てる方法は、向かい合っているプレート２０４および２０８を圧縮によって積層体の高さＡを減少させる距離（Ａ−Ｂ）互いのほうへ押し込むことによって、多孔質構造体２２の積層体を圧縮して向かい合っているプレート２０４と２０８の間に置くことを含む。積層体２０２の圧縮は、空洞２３６を図１２Ａから１５Ｂについて述べられている前述の封止配列の効力によって封止になるようにさせる。なお図１９Ａおよび１９Ｂを引用すると、ベースプレート２０４、スペーシング構造体２０６、およびトッププレート２０８は好ましくは、重力がトッププレート２０８をベースプレート２０４の方に押し、そしてトッププレート２０８がスペーシング構造体２０６から離脱するのを防ぐように方向付けられる。トッププレートが積層体２０２を高さＢに圧縮するのに十分な重量に満たない場合には、トッププレートの開孔部２１０を有するまたは有しないおもし２１４がトッププレート２０８上に置かれてもよい。前述のように、トッププレート２０８がトッププレートの開孔部２１０を持っている場合は、カバープレート２１２が使用されてもよい。おもし２１４および／またはカバープレート２１２はトッププレート２０８上にのり、そして重力によって維持される。おもし２１４は、グラファイトブロック、耐火金属、または他の適当な高温抵抗特性を持つ材料から形成されてもよい。カバープレート２１２はおもし２１４を中に含むように皿形であってもよい。
積層体２０２が圧縮された距離（ＡマイナスＢ）は好ましくは、前もって定められ、そして取り付け装置２００を組み立てる方法は、要求される圧縮を達成するためにＡとＢの間の差を調節する手段を含む。高さＢは図１８で示されるようにシム（詰め木）２６６を使用してストップ２６４を調節することによって調節されてもよい。シム２６６は、スペーシング構造体２０６が円筒形の支柱２１８を使用する場合には、好ましくは形が環状である。シムはピン２２０の上方で、支柱２１８の一つの端または両端に置かれてもよい。異なった厚さのシムおよび複合的に積層されたシムが、高さＢを正確に調節するのに使用されてもよい。高さＡは、図１６に示されるように、隣接している多孔質構造体２２の組の間に一つより多くのリング状スペーサー２３４を配置することによって調節されてもよい。
適応性リング状ガスケット２６８は、十分な封止を与えるために、隣接するリング状スペーサー２３４の間に配置されてもよい。リング状スペーサー２７０および異なった厚さを持つリング状スペーサー２３４は、図１７に示されるように、高さＡを調節するのにも使用されてもよい。高さＡおよび高さＢの両方とも、前もって定められた圧縮量を正確に供給して調節されてもよい。好ましい態様によれば、スペーシング構造体２０６は、既知の積層体の高さＡを持つ積層体と共に使用されるように設計される。距離（Ａ−Ｂ）を調節することは、そのときシムを有するストップ２６４を調節することに制限される。この方法は積層体２０２を有する取り付け装置２００を組み立てるプロセスをきわめて簡単にする。ある態様によれば、距離（Ａ−Ｂ）は、Ｂの寸法が約１６インチの場合には、約１／４インチである。
図２０を引用すると、好ましい取り付け装置２０１が、多くの多孔質構造体２２を高密度化する圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤとして示されている。スペーシング構造体２０７は、ベースプレート２０４と多孔質構造体２０３の積層体を分割するトッププレート２０８の間に配置された少なくとも一つの中間プレート２７２から成る。他の点では、取り付け装置２０１は取り付け装置２００に本質的に等しい。それぞれの中間プレート２７２はそれを突き抜ける中間プレート開孔部２７４を持ち、多孔質構造体２２の組の間に挟まれる。囲まれた空洞２３６はそれぞれの中間プレート開孔部２７４をさらに含む。少なくとも一つのリング状スペーサー２３４は、中間プレート２７２と多孔質構造体２２の間で中間プレート２７２の片側上に配置されればよく、そして図１２Ａから１３Ｂの封止配列に利用してもよい。複合的な取り付け装置２０１は積層されてもよい。この場合、一つの取り付け装置２０１からのベースプレート２０４は、上方の取り付け装置のベースプレートの開孔部２１６が下方の取り付け装置のトッププレートの開孔部２１０と流体伝達するように、下方の取り付け装置２０１のトッププレート２０８とかみ合う。このようにして、囲まれた空洞は一つの取り付け装置２０１から次に延長され、最上部のトッププレートの開孔部２１０の上方に配置されたカバープレート２１２によって終わる。
図２１は、取り付け装置１９９を示す。第１のおよび第２のあるいはより後の多孔質構造体の積層体は互いに隣接して配置されてもよい。多孔質構造体２０２の多数の隣接した積層体は、スペーシング構造体２８２と一緒にトッププレート２０９とベースプレート２０５の間に配置される。スペーシング構造体２８２は多数の支柱２１８を有する。トッププレート２０９は、カバープレート２１２およびおもし２１４によって封止されてもよいそれぞれの積層体２０２に向かっているトッププレートの開孔部２１１を随時有している。ベースプレートはそれぞれの積層体２０２に向かっているベースプレート開孔部２１７を持ち、そしてカバープレート１１０はそれぞれの積層体２０２に向かっているカバープレート開孔部を有している。他の点では、取り付け装置１９９は取り付け装置２００に非常に類似しており、そして好ましくは図１９Ａおよび１９Ｂについて述べられているのと同じ方法で組み立てられる。加えて、スペーシング構造体２８２は積層体２０２を分割する中間プレートを有してもよく、そして複合的な取り付け装置１９９は、図２０の取り付け装置２０１について述べられているのと別の最上部上の一つの積層されてもよい。そのようにして、取り付け装置１９９および２０１の特徴は、非常に多くの多孔質構造体２２の圧力勾配の高密度化を可能にする必要がある場合には結合されてもよい。
図２２を引用すると、多孔質構造体３０２の積層体を高密度化する圧力勾配のための代わりの取り付け装置３００が示されている。取り付け装置３００は取り付け装置２００に本質的に等しく、積層体３０２を除いて、それぞれの多孔質構造体の内径の周囲に配置された”ＩＤ”（内径）リング状スペーサー２８４と交互になっている、それぞれの多孔質構造体２２の外径の周囲に配置された”ＯＤ”（外径）リング状スペーサー２３４から成る。このＯＤリング状スペーサー２３４は好ましくは、多孔質構造体外径４４より僅かに小さい内径２３３、および多孔質構造体外径４４と一般的に互いに接する外径２３５を持つ。ＩＤリング状スペーサー２８４は好ましくは、多孔質構造体内径４２よりわずかに大きい外径５５４、および多孔質構造体内径４２と一般的に互いに接する内径５４６を持つ。ＩＤリング状スペーサー２８４と共に、多孔質構造体外径４４はリング状スペーサー２８４の先述の外径５５６より大きい。それぞれのリング状スペーサー２３４および２８４の壁厚は好ましくは、反応性ガスがそれぞれの多孔質構造体２２に入るかまたは出るときの多孔質構造体表面領域の反応性ガスへの露出を最大にするために、最小にされる。図２２のＩＤ／ＯＤ交互配列は、また取り付け装置１９９および２０１と共に使用されてもよい。図２３を引用すると、多孔質構造体３０３の積層体を高密度化する圧力勾配のための代わりの取り付け装置３０１が示されている。取り付け装置３０１は取り付け装置２００に本質的に同じであり、積層体３０３を除いて、それぞれの多孔質構造体の内径の周囲に配置された全ての”ＩＤ”リング状スペーサー２８４から成る。図２３の全ＩＤ配列は取り付け装置１９９および２０１と共に使用されてもよい。取り付け装置３００および３０１の内部の種々の接合部は、図１２Ａから１５Ｂについて前述されたように封止されてもよい。積層体の高さおよびスペーシング構造体は図１６から１９Ｂについて述べられるように調節されてもよい。
後述の特許請求の範囲によって規定されるように、本発明の範囲から外れないで、多くの変化が可能なことは明らかである。

Claims (28)

1. それぞれの多孔質構造体はその中に連通した開孔部を有する多孔質構造体の積層体；
   連通したベースプレート開孔部を有している、加熱炉内側に固定化して適合されたベースプレート；
   該ベースプレートに間隔をおいて直面しているトッププレート；
   該ベースプレートおよび該トッププレートの間に配置されたスペーシング構造体、このスペーシング構造体は、該ベースプレートと該トッププレートとの間に位置し、該多孔質構造体はそのベースプレートに隣接している多孔質構造体の１つおよびトッププレートに隣接している多孔質構造体の他の１つとともにベースプレートおよびトッププレートの間に配置している；
   およびそれぞれの一対の近接している多孔質構造体の間に多孔質構造体の積層体内に配置されている少なくとも１つのリング状スペーサー、このリング状スペーサーは近接している多孔質構造体の開孔部を取り囲んでいる；
   ここで該ベースプレート、多孔質構造体の積層体および少なくとも１つのリング状スペーサーは、ベースプレートの開孔部から拡張し、それぞれの多孔質構造体の開孔部を含みそして近接するトッププレートまで終結している、囲まれた空洞を規定している、ことを特徴とする加熱炉の内側に沿って圧力勾配ＣＶＩ／ＣＶＤである多孔質構造体を有する取り付け装置。
2. 少なくとも１つのリング状スペーサーは、ベースプレートおよびそのベースプレートに隣接している多孔質構造体の間のベースプレート開孔部の周囲に配置されている請求項１の取り付け装置。
3. 少なくとも１つのスペーサーは、トッププレートおよびそのトッププレートに隣接している多孔質構造体の間に配置されている請求項１の取り付け装置。
4. 該トッププレートは、それに連通しているトッププレート開孔部を有し、そしてさらに該トッププレート開孔部を覆っているカバープレートおよびそのカバープレートとトッププレート開孔部を取り囲んでいるトッププレートとの間に配置されているカバープレート封止体よりなり、そのカバープレートおよびカバープレート封止体は囲まれた空洞まで終結していることを特徴とする請求項１の取り付け装置。
5. 該多孔質構造体は適応性であり、そしてそれぞれのリング状スペーサーは、互いに間隔を有した２つのほぼ平行したリング側面を有し、そして近接している多孔質構造体に面しており、その近接している多孔質構造体はリング状スペーサーに対して押し付けられていることを特徴とする請求項１の取り付け装置。
6. それぞれのリング状スペーサーは、互いに間隔を有した２つのほぼ平行したリング側面を有し、そして近接している多孔質構造体に面しており、さらに多数の適応性を有するグラファイト・ガスケットを有し、その少なくとも１つのガスケットはそれぞれのリング側面に隣接して配置され、それぞれのガスケットは近接している多孔質構造体に対して押し付けられている請求項１の取り付け装置。
7. 該多孔質構造体は適応性であり、そして多孔質構造体の積層体は、ベースプレートおよびトッププレートの間に圧縮して配置されている請求項１の取り付け装置。
8. 該スペーシング構造体は、ベースプレートおよびトッププレートの間に拡張されている多孔質構造体の積層体のまわりに配置された多数の支柱よりなる請求項１の取り付け装置。
9. 該スペーシング構造体は、そのスペーシング構造体から離れてトッププレートを移動しうるように別個にトッププレートを拘束し、そしてそのベースプレート、スペーシング構造体およびトッププレートは、トッププレートがスペーシング構造体から離れて移動するのを防ぐようにベースプレートへ向かってトッププレートに重力がかかるように配列されている請求項１の取り付け装置。
10. さらにトッププレートの上部に設置されているおもしを有する請求項１の取り付け装置。
11. さらに多孔質構造体の第２の積層体を少なくとも有し、そのそれぞれの第２の多孔質構造体はそれに連通した多孔質構造体の開孔部を有しており、そしてベースプレートはそれに連通した第２のベースプレート開孔部を少なくとも有し、多孔質構造体の第２の積層体はベースプレートに隣接してその第２の多孔質構造体の１つおよびトッププレートに隣接している第２の多孔質構造体の他の１つとともにベースプレートおよびトッププレートの間に配置されており、そしてそれぞれの一対の隣接している第２の多孔質構造体の間に多孔質構造体の第２の積層体内に配置された、少なくとも１つの第２のリング状スペーサー、そのリング状スペーサーはその隣接する第２の多孔質構造体開孔部を取り囲んでいて；
    そのベースプレート、多孔質構造体の第２の積層体および少なくとも１つの第２のリング状スペーサーは、ベースプレート開孔部から拡張し、それぞれの多孔質構造体開孔部を含み、そして隣接するトッププレートまで終結している第２の囲まれた空洞を規定している；
    ことによりなる請求項１の取り付け装置。
12. 該スペーシング構造体は多孔質構造体の積層体を分割しているベースプレートおよびトッププレートの間に配置された少なくとも１つの中間プレートを有し、それぞれの中間プレートは、一対の多孔質構造体の間にはさまれ、それぞれの中間プレートは連通した開孔部を有し、それぞれの中間プレート開孔部はその囲まれた空洞の一部を形成している請求項１の取り付け装置。
13. さらに中間プレートおよび多孔質構造体の間の中間プレートのいずれか一方の側に配置された少なくとも１つのリング状スペーサーを有する請求項１２の取り付け装置。
14. それぞれの多孔質構造体は多孔質構造体の外径を規定し、そしてそれぞれのリング状スペーサーは、スペーサーの外径を規定し、少なくとも１つの多孔質構造体の多孔質構造体外径は、少なくとも１つのリング状スペーサーのスペーサー外径よりも大きい請求項１の取り付け装置。
15. それぞれの多孔質構造体開口部は、多孔質構造体の内径を規定し、そしてそれぞれのリング状スペーサー開孔部は、スペーサーの内径を規定し、その多孔質構造体の内径は少なくとも１つのリング状スペーサーのスペーサー内径よりも小さい請求項１の取り付け装置。
16. それぞれの多孔質構造体は、多孔質構造体の内径を規定し、そしてそれぞれのリング状スペーサーは、スペーサーの内径を規定し、それぞれの多孔質構造体の内径は、スペーサーの内径よりも小さい請求項１の取り付け装置。
17. それぞれの多孔質構造体は、多孔質構造体の外径を規定し、そしてそれぞれのスペーサーの内径は、多孔質構造体の外径よりも僅かに小さい請求項２の取り付け装置。
18. それぞれの多孔質構造体は環状であり、多孔質構造体の外径および多孔質構造体の内径を規定し、多孔質構造体の積層体は、外径リング状スペーサーと交互に並んだ内径リング状スペーサーを有し、それぞれの外径リング状スペーサーは、多孔質構造体の外径および多孔質構造体の外径と隣接した外径よりも僅かに小さい内径を有し、それぞれの内径リング状スペーサーは多孔質構造体の内径および多孔質構造体の内径に隣接している内径よりも僅かに大きい外径を有している請求項１の取り付け装置。
19. それぞれの多孔質構造体は環状であり、多孔質構造体の内径を規定し、そして多孔質構造体の積層体は、全内径リング状スペーサーを有し、それぞれの内径リング状スペーサーは多孔質構造体の内径および多孔質構造体の内径と隣接した内径よりも僅かに大きい外径を有する請求項１の取り付け装置。
20. それぞれの隣接した一対の多孔質構造体の間にリング状スペーサーとともに多孔質構造体およびリング状スペーサーを多数積層して組立て；
    ベースプレートおよびトッププレートの間に多孔質構造体の積層体を配置し、そのベースプレートは連通したベースプレート開孔部を有し、そこでベースプレート、多孔質構造体の積層体および少なくとも１つのリング状スペーサーは、ベースプレート開孔部から拡張し、それぞれの多孔質構造体を含みそして隣接するトッププレートまで終結している、囲まれた空洞を規定している；
    ベースプレートおよびトッププレートの間に多孔質構造体の積層体の周囲にスペーシング構造体を配置し、そのスペーシング構造体はベースプレートおよびトッププレートを結合している；
    工程よりなる取り付け装置および勾配したＣＶＩ／ＣＶＤである多数の多孔質構造体、このそれぞれの多孔質構造体は連通した開孔を有している、を組立てる方法。
21. それぞれの多孔質構造体は、外径を規定し、そしてそれぞれのリング状スペーサーは外径と隣接したリングを有する請求項２０の方法。
22. 多孔質構造体の積層体は適応性であり、そしてその多孔質構造体は、多孔質構造体の積層体がその反対のプレートの間に配置される前に積層体の高さを規定し、そして圧縮によってその積層体の高さを減少する互いの方向の距離にその反対のプレートを押し付けることによって反対のプレートの間に圧縮して多孔質構造体の積層体を置く工程よりなる請求項２０の方法。
23. スペーシング構造体は、その距離を制限して停止を規定している請求項２２の方法。
24. その距離は予め決定され、そしてさらにその距離を達成するため停止を調整する工程よりなる請求項２３の方法。
25. さらにシム（詰め木）を用いてその停止を調整する工程よりなる請求項２４の方法。
26. それぞれの多孔質構造体は環状であり、そして多孔質構造体の外径を規定し、そして多孔質構造体の積層体は、全外径リング状スペーサーよりなり、それぞれの外径リング状スペーサーは多孔質構造体の外径および多孔質構造体の外径に隣接している外径よりも僅かに小さい内径を有している請求項２０の方法。
27. それぞれの多孔質構造体は環状であり、そして多孔質構造体の外径および多孔質構造体の内径を規定し、そして多孔質構造体の積層体は外径リング状スペーサーと交互に並んだ内径リング状スペーサーを有し、それぞれの外径リング状スペーサーは多孔質構造体の外径および多孔質構造体の外径と隣接した外径よりも僅かに小さい内径を有し、それぞれの内径リング状スペーサーは多孔質構造体の内径および多孔質構造体の内径に隣接している内径よりも僅かに大きい外径を有している請求項２０の方法。
28. それぞれの多孔質構造体は環状であり、そして多孔質構造体の内径を規定し、ここで多孔質構造体の積層体は、全内径リング状スペーサーを有し、それぞれの内径リング状スペーサーは多孔質構造体の内径および多孔質構造体の内径と隣接した内径よりも僅かに大きい外径を有する請求項２０の方法。

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