JPH05172469A - オーブン内側でワークピースを支持するための載荷装置 - Google Patents
オーブン内側でワークピースを支持するための載荷装置Info
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- JPH05172469A JPH05172469A JP4152071A JP15207192A JPH05172469A JP H05172469 A JPH05172469 A JP H05172469A JP 4152071 A JP4152071 A JP 4152071A JP 15207192 A JP15207192 A JP 15207192A JP H05172469 A JPH05172469 A JP H05172469A
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Abstract
持するための載荷装置に関する。 【構成】 本発明は熱構造複合体材で形成されたベッド
(12a,12b,12c)から成り、上記ベッドは少
なくともワークピーススと接触する表面上が熱分解カー
ボンまたは“ピロカーボン”の層(13a)で被覆さ
れ、複数の並置された部またはセクタ(14)で形成さ
れ、かつ端から端まで要素(17)により形成されたス
ペーサにより異なるレベルで、相互に隔置されているこ
とを特徴とする。
Description
ピースを支持するための載荷装置に関する。本発明の分
野は特に真空状態または無酸化雰囲気で比較的高い、1
300°Cに達する可能性のある温度で金属ワークピー
スを処理加工するためのオーブンまたは炉の分野に関す
る。かかるオーブンはワークピース上で次の処理を行う
ために使用される。即ち、炭酸化、化学的蒸着、加熱処
理、または蝋付け処理。
加熱手段、および載荷装置により構成されている。この
載荷装置は一般的に複数の支持ベッド、即ち、上記オー
ブンの底構造体上に保持されたスペーサにより相互に離
隔、保持されたベッド板または皿の形態をしている。処
理または蝋付けされるワークピースは上記ベッド上にそ
の保持工具と共に設置される。上記ベッドは、従来、黒
鉛または金属で形成されている。黒鉛ベッドは非常に厚
く、非常に脆く、かつ非常に重い。黒鉛ベッドはオーブ
ンの内側容積の主要部を占める、それによりワークピー
スに利用さる室量を制限する。金属ベッドは、概ね耐火
鋼により形成され、同様に非常に厚くかつ非常に重い。
従って、脆性とは別に、金属ベッドは黒鉛ベッドと同様
の欠点を有する。更に、金属ベッドは熱慣性を有しかつ
規則的な面またはその表面の修正処理を必要とすること
を意味する変形を受ける。上記欠点を解消するために、
熱構造複合材料、および特にカーボン/カーボン(C/
C)複合材料で形成したベッドの使用が提案されてい
る。カーボン/カーボン(C/C)複合体またはセラミ
ックマトリックス複合体(CMC)等の熱構造複合材料
は優れた機械的特性および高温でその機械的特性および
形状を維持する能力を特徴として有する。従って、C/
C複合材料によるベッドは黒鉛製ベッドより相当に薄
い。従って、C/C複合材ベッドは軽く、かつオーブン
の内側容積の少量部を占めるのみである。更に、C/C
複合材ベッドは黒鉛ベッドと似た熱的挙動をする。その
結果として、特に、金属ベッドとの比較において、オー
ブン利用サイクルは改善されている。しかし、C/C複
合材ベッドを使用する既知載荷装置は未だ欠点を有す
る。鋼製ワークピース(処理もしくは蝋付け用トゥーリ
ングもしくはワークピース)はC/C複合材ベッドと接
触すると炭化現象を受ける。更に、ワークピースが蝋付
けされるときに、蝋が溢れ出てワークピースがC/C複
合材ベッドへ接着し、その接着性はワークピースを該ベ
ッドへ蝋付するのと実質的に同様になる。
荷装置の上記欠点を解消する載荷装置を提供することに
ある。特に、本発明の課題は熱構造複合材料の少なくと
も1つのベッドを有しかつC/C複合体製の既知ベッド
の使用時に遭遇した炭化または蝋接着の問題を解消する
載荷装置を提供することにある。
の本発明による載荷装置は真空または無酸化雰囲気内で
金属ワークピースを熱処理する目的のためにオーブンの
内側で上記ワークピースを支持するための載荷装置であ
って、熱構造複合材料で形成されたベッドがワークピー
スと接触する面の少なくとも1面上で熱分解カーボンま
たはピロカーボンの層により被覆されていることを特徴
とする。以外にも、熱構造複合材料で形成されたベッド
がピロカーボン層で被覆されている場合にはC/C複合
材ベッドで観察された炭化および蝋接着の現象は発生し
ないことが発見されている。上記ピロカーボンは上記ベ
ッドの表面が機械加工された後に化学的蒸着により上記
ベッド上に形成される。上記ピロカーボン層の厚みは2
5ミクロン以上であるのが好ましい。上記載荷装置のベ
ッドは複数の並置された部またはセクタにより形成され
てよい。上記ピロカーボン被膜はその組立前に上記セク
タ上に形成されるのが好ましい。上記載荷装置は剛構支
持体を構成する目的で棒により相互連結される脚を介し
て上記オーブンの底構造体上に保持された少なくとも1
つの下ベッドを含む。上記載荷装置は異なるレベルに設
置された複数のベッドを含み、上記ベッドはスペーサに
より相互から隔置されている。上記スペーサは熱構造複
合材料により形成されるのが効果的であり、かつピロカ
ーボンの層により被覆されている。以下、本発明を特定
態様について添付図面を参照して説明する。
上の熱処理を行うのに適した底部載荷オーブンを示す線
図である。上記オーブンは垂直可動底構造体4を有する
絶縁包囲体2から成る。このオーブンの内側は、支持体
20を介して上記オーブンの上記底構造体により支持さ
れる載荷装置10上に載置して処理するワークピースを
載せるために、基部6からアクセスできる。載荷装置1
0はスペーサにより異なるレベルへ相互に隔置された複
数のベッド12a,12b,12c,...から成る。
下または基部ベッド12aは支持体20を介して上記オ
ーブンの底構造体上に保持されている。図2は上記載荷
装置の一部、即ち、下ベッド12aとそのすぐ上に設置
されたベッド12bおよび12cを示す。上記ベッド間
の間隔は端から端まで同一のスペーサ要素により形成さ
れるのが有利であるスペーサ16により調整される。上
記および最適載荷を可能にするために、上記ベッド間の
スペーサは、処理されるワークピースの高さの関数とし
て、所望数の要素17を用いてスペーサを形成すること
により調整される。所定の上記ベッド上に載置されたワ
ークピースが異なる高さを有する場合には、部分的中間
ベッドをより短いワークピース上に設置できる。例え
ば、図2に示されたように、円形の下ベッド12aに対
してベッド12bは半円形であり、ベッド12cは1/
4円形である。ベッド12aとベッド12cとの間のス
ペーサの長さはベッド12aと12bとの間のスペーサ
よりも長い。
成要素により形成されるのが有利である。各セクタは、
例えば、円形の1/4を充填するものであってよい。こ
の場合、下ベッド12aは4つのセクタ14で形成さ
れ、他のベッド12bと12cはそれぞれ2つのセクタ
14と1つのセクタ14で形成される。このようにし
て、上記ベッドと上記スペーサから成る載荷装置10
は、標準的ベッド構成要素とスペーサ構成要素を用い
て、上記オーブンが最適に充填されるための必要条件の
関数として形成されてよい。載荷装置は処理されるワー
クピースがそこへ載置されるときに、下ベッド12aか
ら順に底部から上方へ組立られる。上記オーブンの底構
造体は載荷するときに下方から順に載置でき、かつ載荷
が完成した後に引き続いて高い位置へ回転できるように
垂直方向へ可動してよい。図2において、上記載荷装置
のベッドは孔18により規則的に穿孔されている。真空
内で熱処理を行うオーブンの場合、かかる孔の主目的は
そのオーブンの排気を促進することにある。化学的蒸着
または浸透(infiltration)処理を実施するオーブンの
場合、上記孔18は浸透または蒸着に使用する気流が上
記オーブンの容積内を確実に拡散するために必要とされ
る。一般的に、孔18はいずれの場合にも載荷装置の重
量減少に役立つ。更に、孔18の幾つかは上記ベッドと
スペーサとの間の連結および上記下ベッドと支持体20
との連結に使用される。
ドは熱構造の複合材料により形成されかつワークピース
と接触させる面の少なくとも1面上が熱分解カーボンま
たはピロカーボンで被覆されている。上記ベッドを形成
する熱構造複合材料はカーボン/カーボン(C/C)体
またはセラミックマトリックス複合体(CMC)であっ
てよい。C/C複合体はカーボン製のマトリックスによ
り圧縮されたカーボン繊維強化材で形成されている。こ
の繊維強化材は重ねた2次元層、例えば、布帛層で構成
されてよい。この層は針で縫って結合されてよい。カー
ボンマトリックスによる圧縮は液体または気体を使用し
て実施できる。液体を使用した圧縮はカーボン先駆物
質、例えば、樹脂で繊維強化材を含浸させ、続いて重合
かつ熱分解する。含浸、重合−熱分解サイクルを、複数
回、連続的に繰り返して所望程度の圧縮を達成する。気
体使用の圧縮、例えば、『化学的蒸気浸透』は繊維強化
材(型押しされて保形が可能な)をオーブン内へ設置し
て、強化繊維と接触したときに分解するガスまたは反応
するガス成分により上記マトリックスが形成されるよう
な温度および圧力条件下でガスを送って行なう。一般的
に、カーボンマトリックスは1以上の炭化水素を含むガ
スを利用することにより化学的蒸気浸透により得られ
る。
縮された耐火繊維(カーボン繊維またはセラミック繊
維)の強化により構成される。例えば、マトリックスの
セラミック材、および選択的に強化繊維のセラミック材
はシリコンカーバイド(SiC)であってよい。上述の
ごとく、繊維強化材は重合した2次元層で形成されてよ
く、かつ液体または気体を使用することによりセラミッ
クマトリックスで緻密にされてよい。例えば、シリコン
カーバイド蒸気浸透法はFR特許2401888号に記
載されている。上記ベッドは化学的蒸着による従来法に
よりピロカーボン層で被覆されている。この方法はピロ
カーボンを各ベッドの外面全体上に形成する。例えば、
他の面をマスキングすることにより上記オーブンへ載置
されるワークピースと接触するベッド面上にのみピロカ
ーボン被膜を形成することもできる。ピロカーボン被膜
はワークピースによる損傷の危険を伴わないだけの厚み
にすべきである。ピロカーボン被膜の厚みは25ミクロ
ン以上であるのが好ましい。実際には、250ミクロン
を越える厚みを有する場合にはいかなる点も発現しな
い。例えば、約100ミクロン厚のピロカーボン被膜は
完全に満足できるものである。実施において、熱構造複
合材料の板を最初に形成し、次いでセクタ形状のベッド
14をそこから切り取る。このベッドセクタを機械加工
して表面の疵を修正する。この修正または表面加工は上
記ベッドの表面で強化布帛の繊維を露出させる。そこ
で、上記ピロカーボン被膜加工を上記セクタを組立てて
一体化する前に上記ベッドセクタ上で実施するのが有利
である。上記スペーサ要素は同様に同一条件下で形成さ
れたピロカーボン被膜を有する。所定期間使用後に、上
記ベッドはその表面を再度修正することにより、または
ピロカーボンの新層を蒸着することにより再処理されて
よい。
成され載荷装置において、ワークピースはピロカーボン
に被覆された表面とのみ接触する。鋼製ワークピースま
たはトゥーリングの使用により、ピロカーボンの存在は
炭化現象を発生しないことを証明した。更に、ワークピ
ースを蝋付けする場合、上記ベッド上へ流れ出るいかな
る蝋もピロカーボン被膜へ接着しないか、または非常に
僅かに接着することが観察されている。下ベッド12a
を支持する支持体20の態様は図3および4を参照して
以下に説明する。熱構造複合材料で形成された管状脚2
2の下端部は上記オーブンの底構造体へ固定されたスタ
ッド24(例えば、金属で形成)上へ嵌合されている。
脚22の上端部は上記脚へ接着したキャップ26により
閉鎖されている。下ベッド12aは上記脚上に設置され
た厚い片28を介して、またはブロック30を介してキ
ャップ26上に保持されている。各脚22に対して、ね
じ32は対応ブロック30と厚い片28とを貫通してキ
ャップ26へねじ込まれている。ねじ32の頭部はワッ
シャ34を介して上記ベッドの上面を付勢する。キャッ
プ26、厚い片28、ブロック30、およびワッシャ3
4は熱構造複合材料で形成されるが、ねじ32は耐火材
で形成される。参照番号13aは下ベッド12a上に形
成されたピロカーボンの層を示す。ブロック30は連結
棒36の端部上に圧力嵌めされる水平めくら孔を有す
る。上記連結棒は上記支持体に必要な機械的強度を付与
する強化格子を形成するために上記ブロックを相互連結
する。上記連結棒36は熱構造複合材料で形成される。
各ワッシャ34は上記下ベッドとその上のベッドとの間
のスペースを形成するスペーサの下スペーサ要素17へ
嵌入するのに適した突出中央部を有する。各スペーサ要
素17は上方へ突出する中央部とその底面に中央凹部を
有する。その結果、所望長のスペーサが所望数のスペー
サ要素を積み上げることにより簡単に形成される。
ことなく本発明の載荷装置の設置を可能にする。厚い片
28を使用することにより可能な幾何学的疵の補償を可
能にしかつ上記下ベッドを確実に平面かつ水平にする。
上記オーブンの底構造体へ固定されたスタッド24の軸
が精確に垂直でない場合には、図5に示されたごとき支
持体要素(図4と5との間で共通する構成要素は同一参
照番号が付されている)を使用できる。図5の支持体は
脚22の上端部へ接着されたキャップ26’が球状キャ
ップとして形成されかつ玉継手型ジョイントを形成する
ようにブロック30’の対応する形状の底面と共働する
上面を有する点で図4と異なっている。従って、スタッ
ド24の軸が垂直から外れるべきである場合には、むし
ろ脚22を傾斜させて自動的に補償する。更に、ねじ3
2’はキャップ26’へねじ込むのではなく、ブロック
30’へ挿入する。更に、図5の支持体は図4の支持体
と同一である。上述のごとく、本発明は、ピロカーボン
被膜により熱構造複合材料の利点(重量、コンパクト
性、機械的強度)による利益をもたらすのみでなく、載
荷装置の構成要素のモジュール構造体により少量の異な
る種類の構成要素の製造を製造および貯蔵面での対応す
る利点と共に可能にし、更に支持体の構成により現存オ
ーブンへの上記載荷装置の簡単な設置を可能にする点で
顕著性を有する。
図の線図である。
の載荷装置の部分斜視図である。
装置を下から見た図である。
る方法の1つを示す拡大詳細断面図である。
す拡大詳細断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 真空または無酸化雰囲気内で金属ワーク
ピースを熱処理する目的のためにオーブンの内側でワー
クピースを支持するための載荷装置であって、熱構造複
合材料で形成された少なくともの1つのベッド(12
a,12b,12c)から成り、上記ベッドは熱分解カ
ーボンまたはピロカーボンの層(13a)により少なく
とも上記ワークピースと接触する表面上が被覆されてい
ることを特徴とする、載荷装置。 - 【請求項2】 上記ピロカーボン層(13a)の厚みは
25ミクロン以上であることを特徴とする、請求項1の
装置。 - 【請求項3】 上記載荷装置のベッド(12a,12
b,12c)は複数の並置された部またはセクタ(1
4)により形成されていることを特徴とする、請求項1
または2の装置。 - 【請求項4】 剛構支持体を構成すべく棒(36)によ
り相互連結された脚(22)を介して上記オーブンの底
構造体を付勢する少なくとも1つの下ベッド(12a)
を含むことを特徴とする、請求項1から3のいずれか1
の装置。 - 【請求項5】 上記剛構支持体の脚(22)は上記オー
ブンの底構造体のスタッド(24)へ固定できる設計に
なっていて、上記スタッドの軸と鉛直軸との間の心ずれ
を補償すべく上記脚を傾斜させることのできる手段が設
けられていることを特徴とする、請求項4の装置。 - 【請求項6】 複数のベッド(12a,12b,12
c)が異なるレベルに配置されかつスペーサ(16)に
より相互から隔置されていることを特徴とする、請求項
1から5のいずれか1の装置。 - 【請求項7】 上記スペーサ(16)は熱構造複合材料
により形成されかつピロカーボンの層により被覆されて
いることを特徴とする、請求項6の装置。 - 【請求項8】 上記スペーサ(16)は端から端までス
ペーサ要素(17)により形成されていることを特徴と
する、請求項5または7の装置。
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