[发明专利]一种分体式结构的化学气相沉积炉

说明书

本发明公开了一种分体式结构的化学气相沉积炉。包括机架和升降机构，所述升降机构上连接有炉底，所述炉底上固定连接有中圈法兰，所述中圈法兰上通过螺栓与炉身连接，所述炉身顶部设置有炉盖，所述中圈法兰上固定连接有内外筒，所述内外分隔筒将所述炉身内分隔为内发热空间和外发热空间，所述内发热空间设置有内发热体，所述外发热空间设置有外发热体，所述炉底上设置有料台，料柱放置于所述料台上，且置于所述内发热体与所述外发热体之间。本发明一方面采用内外双室加热，大大提高了沉积区的温度均匀性。另一方面采用半固定式分体结构设计，实现了内筒的快捷拆装，大大缩短了设备的维护保养工时，提高了沉积炉的使用率。

技术领域

本发明涉及沉积炉设备技术领域，特别涉及一种分体式结构的化学气相沉积炉。

背景技术

近些年来，随着航空、航天及光伏产业的发展，各种复杂服役环境对材料性能的要求越来越苛刻，C/C复合材料作为一种新型复合材料，具有高模量、高强度、低密度及耐高温等特点，在航天、航空、机械、电子、化工、冶金和核能等领域中应用前景广阔，是典型的战略性新兴材料，关系到国家安全和经济发展，具有不可替代性。经过几十年的研究和发展，我国C/C复合材料技术体系逐步形成，C/C复合材料产业正进入高速发展时期。但目前，我国C/C复合材料产业在装备成熟度、自动化、可靠性等方面与其它成熟行业和国际先进水平相比还存在较大差距：虽然设备的原理设计和总体结构基本可满足工艺要求，但各种设备的可靠性差、精细程度不高。由于C/C复合材料的制备是利用气相或液相的基体前驱体热解形成的基体C填充碳纤维预制体孔隙的过程，因此该填充过程的快慢直接决定了材料制备的周期、成本及性能，而化学气相沉积炉作为该环节的关键设备，对整个生产工艺及成本的影响是多方面的。

首先，设备的使用温度决定了沉积工艺的不同，通常，同一碳源气在更高的反应温度下，具有更快的裂解速度，热解碳的沉积也更快。其次，设备沉积区的温度均匀性决定了材料密度的均匀性，在恒温区内外径及上下端面温度差异越大，则反应速度差异越大，最终导致同一批次产品的密度出现差异。最后，设备的操作性和维护难度决定了设备的实际使用率，由于化学气相沉积炉为间断式作业，装出炉的时间及维修保养的时间在设备的整个生命周期占到了10-20％，而化学气相沉积炉的折旧费占到生产成本的20％，提升设备的操作性，降低维修保养的难度可以大大提升设备的使用率，进而降低生产成本。

现有的化学气相沉积炉主要有两种，一种为传统的金属内胆的双室沉积炉，采用金属材料(一般为耐热钢)制作内胆，加工精度高，密封性能优异，可以有效隔绝内室碳源气向外室发热体、保温层的扩散沉积。这有利于保护发热体、电极和保温层。但是，金属材料的内胆决定了该结构的化学气相沉积设备使用温度不能超过1000℃，否则会因为高温下金属内胆的变形而影响设备的使用寿命。另一种则是在传统双室炉的基础上，以碳/碳或石墨筒替代金属内胆的双室沉积炉，相比于金属内胆的沉积炉，其使用温度更高(理论上可以超过2000℃)，但是缺点也很明显，石墨筒限于原料，很难做整体大筒，而拼装的石墨筒和碳/碳筒的气密性又很差，特别是密度较低时，根本不足以隔绝内室的碳源气向外室的发热体、保温层扩散沉积，这不仅会导致保温层密度增加，隔热性能降低，进而增大设备功耗，严重时甚至会导致短路，烧毁发热体和电极。因此，必须定期拆除内室后对外室进行除碳维护，该过程通常需要将炉盖吊起后再将内筒取出才能进行，对大尺寸沉积炉而言一般需要4-5名熟练工人进行操作，拆装总计耗时2-3天，严重影响设备使用率。此外，上述两种炉型均存在沉积区温度分布不均的问题，特别是装料后，炉内料柱内/外径及进/排气口位置差异尤其明显，而这一差异随着沉积炉设计尺寸的变大也被放大，进而导致同批次产品密度差异较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种性能优异、操作简单、经济实用、并可大幅度提升设备使用效率的分体式结构的化学气相沉积炉。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：