MX2008013643A - Horno de proceso o similar. - Google Patents

Abstract

Lina parte de un horno de CVI/CVD. en la cual un sistema de calentamiento (22) para calentar el horno esta localizado, se aísla de una parte restante del horno expuesto a un gas reactivo presente en e la misma. La cubierta del horno puede por ejemplo proporcionarse con una pared de división (16) o similares para proporcionar una separación física. Además, un gas inerte tal como argón o nitrógeno se suministra a través del conducto (34) a la zona de calentamiento que contiene el sistema de calentamiento de modo que la parte del horno esté en el diferencial de presión positiva comparado con la parte en la Cual el gas reactivo esta presente. Como un resultado, el gas reactivo se retarda de entrar en contacto con el sistema de calentamiento que podría, entre otras cosas, causar depósitos formados en el mismo. Más generalmente. el control de flujo de gas reactivo en el horno es mejor controlado.

Description

HORNO DE PROCESO O SIMILAR Campo de la Invención: La presente invención se refiere más generalmente a estufas, hornos, cámaras de proceso y similares en las cuales un gas reactivo estás como parte de una etapa de proceso. Un ejemplo particular de la invención se refiere a hornos para infiltración de vapor químico/deposición de vapor químico (CVI/CVD por sus siglas en inglés) en los cuales un gas reactivo es introducido como parte de un proceso de los elementos porosos densificado, tal como preformas de freno poroso. Antecedentes de la Invención: El uso de estufas, hornos, cámaras de proceso, y similares en los cuales un gas reactivo se introduce como parte de una etapa de proceso se conoce generalmente. (Más adelante, la mención de "horno" en la descripción debe entenderse por estar igualmente aplicable a estufas y otras cámaras de proceso de esta naturaleza, generalmente.) Un ejemplo a este respecto es el proceso de infiltración de vapor químico, en el cual un gas reactivo precursor se introduce en un horno en el cual los elementos porosos (tal como, por ejemplo y sin limitación, los preformas de disco de freno poroso) se colocan. Generalmente, un horno convencional incluye una cubierta de horno exterior, un espacio de trabajo o cámara de reacción proporcionado en el mismo en los cuales los objetos o elementos a procesarse se colocan, un sistema para mover el gas reactivo en y fuera del horno, y un sistema de calentamiento para calentar por lo menos un interior de la cámara de reacción. El gas reactivo se hace, de una manera conocida, para infiltrar la estructura porosa de los elementos porosos. El gas reactivo puede ser un gas de hidrocarburo, tal como propano. En un ejemplo conocido, un gas reactivo se introduce en un volumen interior definido por un apilado de preformas de disco de freno anulares sustancialmente alineados colocados en la cámara de reacción en una estufa. En general, El gas está hecho para moverse desde el volumen interior del apilado al exterior del apilado difundiéndose a través de la estructura porosa (por ejemplo, fibrosa,) de las preformas y/o a través de los orificios entre las preformas adyacentes. Por lo menos el interior de la cámara de reacción es calentado por el sistema de calentamiento. Así, debido a la temperatura relativamente alta de los preformas de disco de freno, el gas reactivo piroliza y deja un producto de descomposición en las superficies interiores de la estructura porosa. En el caso de un gas de hidrocarburo, por ejemplo, el producto de descomposición es carbón pirolitico, de modo que un material compuesto de carbón (tal como carbón-carbón) es obtenido. Un ejemplo de un sistema de calentamiento convencional para tales hornos es un sistema de calentamiento inductivo. En tal sistema, la cámara de reacción puede hacerse de un material para actuar como un susceptor, tal como grafito. Un sistema para proporcionar el campo magnético requerido, tal como una o más bobinas eléctricas colocadas operativamente adyacentes por lo menos en parte del susceptor también se proporcionan. Cuando una corriente suficientemente alternante se aplica a las bobinas eléctricas, el campo magnético resultante ocasiona el calentamiento inductivo del susceptor de una manera bien conocida. Otro sistema de calentamiento convencional es el calentamiento resistente, en el cual una corriente eléctrica se pasa a través de un elemento resistente, que es calentado como un resultado. El uso de calentamiento resistente generalmente exige el uso de un elemento resistente además de la estructura que define la cámara de reacción. Con los sistemas de calentamiento inductivo y resistente, el aislamiento térmico puede proporcionarse sobre un exterior de la cámara de reacción para incrementar la eficacia del calentamiento. Sin embargo, el gas reactivo introducido en la cámara de reacción puede tender a escaparse o difundirse fuera de la cámara de reacción en el volumen dentro del horno pero fuera de la cámara de reacción. Particularmente, en un proceso de CVI/CVD, el gas reactivo es generalmente un gas precursor a depositarse (tal como un depósito de carburo o carbón). Si el gas reactivo alcanza el aislamiento o el sistema de calentamiento, una formación del depósito puede formarse en las estructuras, que causa la deterioración en función, confiabilidad , y/o vida útil operacional. Breve Descripción de la Invención: Debido a lo precedente, es deseable aislar sustancialmente el sistema de calentamiento (y aislamiento térmico asociado, si existe) en un horno de CVI/CVD de un gas reactivo que es utilizado en el mismo. Por lo tanto, la presente invención contempla definir una zona en una cubierta de horno de CVI/CVD en la cual el sistema de calentamiento (que incluye el aislamiento térmico asociado, si existe) es sustancialmente aislado del contacto con el gas reactivo que es utilizado en el proceso de CVI/CVD. En un respecto, la zona aislada (a veces designada en la presente como la "zona de calentamiento") en la cubierta de horno está físicamente separada por una estructura de pared situada dentro de la cubierta de horno para definir la zona de calentamiento. En un respecto adicional, la presente invención contempla introducir un flujo de un gas inerte en la zona de calentamiento para definir un diferencial de presión positiva ligero con relación a la presión del gas reactivo dentro de la cámara de reacción. Esta diferencial de presión además retrasa cualquier tendencia para que el gas reactivo entre en la zona de calentamiento.

La presente invención puede incluso entenderse mejor con referencia a las figuras anexas, en las cuales: La Figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de un horno de proceso de acuerdo a la presente invención en la cual se utiliza un sistema de calentamiento inductivo; y La Figura 2 es una vista en sección transversal parcial que ilustra el uso alternativo de un sistema de calentamiento resistente dentro de la presente invención como se contempla. Descripción Detallada de la Presente Invención: Para simplificar la descripción de la invención, un ejemplo de un horno inductivamente calentado primero se indicará. Después de esto, con referencia a la Figura 2, la aplicabilidad de la presente invención a un horno que utiliza el calentamiento resistente se ilustra. En general, un horno 10 usado para CVI/CVD comprende una cubierta externa de horno 12 que separa un interior del horno 10 del exterior y que define cierto volumen en el mismo. Dentro del volumen del horno 10, se proporciona un susceptor 14. Como se conoce bien en la técnica, un susceptor es generalmente una estructura que llega a calentarse en presencia de un campo magnético generado por una corriente alternada. El susceptor 14 en un horno de CVI/CVD puede, por ejemplo, comprender una o más paredes 16, un piso 18, y una parte superior 20 que colectivamente definen otro volumen o cámara de reacción dentro del volumen total dentro del horno 10.

Los objetos a tratarse, tal como preformas de disco de freno porosas se colocan en el volumen 21 definido por el susceptor 14.

Un sistema para calentar el horno genéricamente ilustrado en 22. Por ejemplo, en el caso de un horno inductivamente calentado, el sistema de calentamiento 22 es una o más bobinas eléctricas convencionales conectadas con un suministro eléctrico exterior de energía apropiada. Las bobinas eléctricas de esta naturaleza se consideran conocerse por un experto en la técnica y por lo tanto no se describen detalladamente ni se ilustran en la presente. Para incrementar la eficacia de calentar del susceptor 14, el aislamiento térmico 23 puede proporcionarse en un exterior de una o más superficies del susceptor 14. El aislamiento térmico es convencional en la técnica, tal como material de aislamiento térmico basado en cerámica, o aislamiento de fibra de carbón, especialmente fibras de carbón que forman capas sucesivamente apiladas. Uno o más pasos de entradas de gas 24 se proporcionan en el susceptor 14. (Un paso de entrada de gas 24 se ilustra en la Figura 1 para el propósito de simplicidad ilustrativa.) El gas reactivo (por ejemplo, un gas de hidrocarburo) se introduce en el horno 10 por medio de un conducto 26 que cruza la pared de horno 12 desde el exterior. El conducto 26 por lo menos está alineado con el paso de entrada de gas 24 y puede ajustarse al mismo o en relación al mismo por cualquier método adecuado, tal como pernos o por soldadura. Más generalmente, es preferible que haya poca o ninguna salida de gas reactivo en la interfaz entre el conducto 26 y el susceptor 14. El gas reactivo que fluye a través del conducto 26 se indica por la flecha marcada A en la Figura 1. Generalmente, el gas reactivo es extraído (por métodos para mover gas convencional, tal como ventiladores, sopladores de succión, etc. pero no ilustrados) o de otra manera sacado del espacio de trabajo por uno o más pasos de salida de gas 28, como se indica por las flechas marcadas B. El gas reactivo después se saca o se hace salir del horno 10 por una o más salidas de horno 30, como se indica generalmente por las flechas marcadas C. De acuerdo a un ejemplo de la presente invención el volumen interior del horno definido por la cubierta 12 puede dividirse para así definir la zona de calentamiento anteriormente mencionada. Por ejemplo, como se ve en la Figura 1, un "tablón anular" o pared 32 se proporciona y extiende radialmente entre una superficie interior de la cubierta 12 y una superficie exterior del susceptor 14. La pared 32 es fijada en lugar por cualquier método de fijación convencional adecuado para el ambiente operativo dentro del horno 10. Más particularmente, la pared 32 se sella (por ejemplo, mediante soldadura, o la provisión de miembros de sellado físicos) en sus ambos bordes radialmente internos y externos para tener un sello de gas sustancialmente total contra el paso de un gas del miso. La pared 32 puede comprender deseable un montaje de capas, tal como un apilado de capas de cerámica rígidas y/o flexibles. Un gas inerte, tal como argón o nitrógeno, se suministra a la zona de calentamiento por medio de un conducto de suministro de gas inerte 34, como se indica por la flecha marcada D en la Figura 1. El flujo D de gas inerte puede regularse por una válvula convencional 36. Con una regulación dada de la válvula 36, un flujo de gas D puede obtenerse cuando se mantiene una presión predeterminada P1 en la zona de calentamiento (como se detecta por el detector de presión 38 esquemáticamente ilustrado). Paralelamente, la presión P2 en la otra parte del volumen definido dentro de la cubierta de horno 32 en la cual el gas reactivo está presente (referida a veces en la presente como la zona reactiva) es detectada por otro detector de presión 40. Las presiones detectadas P1 y P 2 pueden proporcionarse juntas en un controlador de válvula 42 (preferiblemente, un controlador de válvula automático) de modo que el flujo de gas inerte D mantiene un diferencial de presión positiva particular en la zona de calentamiento con respecto al resto del volumen en la cubierta de horno 10. Por ejemplo, el diferencial de presión a mantenerse puede ser de aproximadamente +0.5 a aproximadamente +5 milibares en favor de la zona de calentamiento, y más específicamente, aproximadamente +1 a aproximadamente +2 milibares en favor de la zona de calentamiento. Esta sobrepresión ligera en la zona de calentamiento también retarda cualquier salida u otra entrada del gas reactivo en la zona de calentamiento. Como se menciona anteriormente, la determinación de las presiones P1 y P2 puede ser benéficamente automática. Por ejemplo, la diferencia de presión entre las presiones detectadas por cada detector 38, 40 podrá calcularse automáticamente en intervalos regulares y proporcionarse al controlador de válvula 42. Este resultado puede entonces utilizarse para ajustar automáticamente el flujo D de gas inerte en la zona de calentamiento. Se apreciará que el flujo de gas inerte podría también supervisarse, tal que un consumo inusualmente alto del gas inerte para mantener una presión dada en la zona de calentamiento podría tomarse como una indicación de un escape de gas en la integridad de la zona de calentamiento, particularmente en la pared 32. Esta determinación podría utilizarse para accionar una alarma perceptible del usuario, o podría utilizarse como una señal de para accionar el sistema de control para automáticamente accionar un procedimiento responsivo. La aplicación de la presente invención a un horno calentado en lugar de otro por un sistema de calentamiento resistente no es sustancialmente diferente que para un horno inductivamente calentado. La Figura 2 es una vista en sección transversal parcial que ilustra un ejemplo de cómo los elementos en un sistema de calentamiento resistente se arreglan, pero fundamental, los mismos conceptos se aplican como los explicados antes. Es decir, una porción del volumen definido por la cubierta de horno 12' en la cual se dispone el sistema de calentamiento resistente es gas-selladamente separado del resto de volumen dentro de la cubierta de horno 12' donde está presente el gas reactivo. Una cámara de reacción 14' se dispone dentro de la cubierta de horno 12', en donde los objetos a procesarse se colocan. Uno o más elementos resistentes 25 pueden entonces colocarse en contacto con o por lo menos adyacente a un exterior de la cámara de reacción 14'. Los elementos resistentes 25 pueden tener una variedad de configuraciones convencionales. En un ejemplo normal, los elementos resistentes son miembros alargados. Como en el horno inductivamente calentado, una capa del aislamiento térmico 23' puede proporcionarse para incrementar la eficacia de calentamiento del horno. No obstante el diferente arreglo del sistema de calentamiento cuando se utiliza el calentamiento de resistencia, sin embargo, la misma configuración total dentro de la cubierta de horno 12' se aplica como en el horno inductivamente calentado. Es decir, los elementos del sistema de calentamiento resistente se aislan similarmente de una parte del horno que contiene el gas reactivo, como una descripción del arreglo de una pared de separación y del sistema de gas inerte no se repite. Aunque la presente invención se haya descrito anteriormente con referencia a ciertos ejemplos particulares con el fin de ilustrar y explicar la invención, debe entenderse que la invención no está limitada solamente por referencia a los detalles específicos de estos ejemplos. Más específicamente, un experto en la técnica apreciará fácilmente que las modificaciones y progresos pueden hacerse en las modalidades preferidas sin apartarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones anexas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un horno de CVI/G/D que comprende: una cubierta de horno exterior; un cámara de reacción dispuesta en la cubierta de horno para recibir un elemento a procesarse; un sistema de calentamiento para calentar por lo menos la cámara de reacción; y un sistema de circulación de gas reactivo para introducir un gas reactivo en la cámara de reacción desde un exterior de la cubierta de horno y para transportar el gas reactivo fuera de la cámara de reacción al exterior de la cubierta de horno; caracterizado en que: la cubierta de horno exterior y la cámara de reacción definen un primer volumen entre el interior de la cubierta de horno y el exterior de la cámara de reacción, y un segundo volumen en un interior de la cámara de reacción, el primer volumen está dividido entre una primera porción que define una zona de calentamiento en la cual se dispone el sistema de calentamiento y una segunda porción en la cual el gas reactivo está localizado, la zona de calentamiento está selladamente aislada del gas reactivo con relación a la segunda porción , el horno adicionalmente comprende un sistema de circulación de gas inerte construido y arreglado para suministrar un gas inerte a la zona de calentamiento a una velocidad que crea un diferencial de presión positiva con respecto a una presión dentro del resto del primer volumen en el cual el gas reactivo está presente, para retardar un flujo de gas reactivo en la zona de calentamiento de modo que el gas reactivo no entre en contacto con el sistema de calentamiento.

2. El horno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un primer detector de presión construido y arreglado para determinar una presión dentro de la zona de calentamiento, el sistema de circulación de gas inerte adicionalmente comprende un controlador de flujo que es operable en correspondencia con la presión detectada dentro de la zona de calentamiento para ajusfar una velocidad de flujo de gas inerte que da lugar a una presión predeterminada dentro de la zona de calentamiento.

3. El horno de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque adicionalmente comprende un segundo detector de presión construido y arreglado para determinar una presión dentro de la segunda porción del primer volumen en la cual el gas reactivo está presente, el regulador de flujo del sistema de circulación de gas inerte está construido y arreglado para controlar el flujo de gas inerte en la zona de calentamiento en la última parte basado en la presión detectada dentro de la segunda porción del primer volumen, para obtener un diferencial de presión positivo predeterminado entre la zona de calentamiento y la segunda porción del primer volumen.

4. El horno de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque adicionalmente comprende una alarma para señalar un cambio en el flujo de gas inerte necesario para mantener una presión dada dentro de la zona de calentamiento.

5. El horno de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el sistema de calentamiento es un sistema de calentamiento inductivo.

6. El horno de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el sistema de calentamiento es un sistema de calentamiento resistente.

7. El horno de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la cámara de reacción comprende uno o más de un miembro de pared, un miembro de piso, y un miembro superior.

8. El horno de conformidad con la reivindicación 7, que comprende un conducto de entrada de gas reactivo arreglado para transportar un gas reactivo desde un exterior de la cubierta de horno a una abertura de entrada de gas reactivo formada en la cámara de reacción.

9. El horno de conformidad con la reivindicación 7 u 8, que comprende una abertura de salida de gas reactivo en la cámara de reacción.

10. El horno de conformidad con la reivindicación 9, que comprende una salida de gas reactivo proporcionada en la cubierta de horno.

11. El horno de conformidad con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado en que adiciona Imente comprende un controlador para automáticamente controlar el regulador de flujo basado en una o ambas de la presión detectada de la zona de calentamiento y la presión de la segunda porción del primer volumen.

12. El horno de conformidad con la reivindicación 1, que comprende una pared de barrera para dividir la zona de calentamiento de la segunda parte del primer volumen, la pared de barrera incluye por lo menos una capa de cerámica.