专利名称：炉内气氛活化方法及其装置的制作方法
专利说明炉内气氛活化方法及其装置相关申请的交叉弓阅本申请要求了 2007年5月9日提交的美国临时专利申请No.60/928，385的 权利，其详细阐述内容被引AS里供参考。
背景技术：
本发明涉及金属或金属陶瓷材料和工件部件的的高温、热处理和^ffi反应 气氛的炉子或反应器。在本发明的范围内，所述气氛和处理包括渗碳、氮化、 碳氮共渗、渗碳氮化、#1、非氧化退火或氧化还原、用于硬钎焯、软ff焊和 烧结的还原性气氛、用于相变合金的中性热处理的碳戮氛、固激七、时效、 球化处理、硬化、应力消除处理、正火、惰性退火等等。所述气氛的组分可以 包m气(N2)、氢气(H2)、 ；ISn(HC)如甲烷(CH4)、乙'與C2H2)、乙烯(02&)、 丙烷(C3Hs)和许多駄好量的烃类、氨(NH3)、脱7jC醇如甲斷CH30H)或乙醇 (C2H5OH)、 一氧化敬CO)、 二氧化碳(C。2)、水蒸气,)、和離气体如氩(Ar) 和氦(He)。所述气氛附加组分可以包括反应副产物和由炉膛热负荷或炉壁和/或 加热部件产生的气体以及从炉子外面泄漏入的气体，例如空气。保护气体可以
是以混合物的形式弓i入戶;M炉子，在进入炉子之前利用气体流量控制装置预混
合或可在炉腔里面混合。对保护气体供给的其他选择可以包括采用吸热和放热 发生器产生的气流，例如吸热的混^t/M:用空气驢CH4得到的2(m CO、 40%H^n40%N2 (除非另有说明，在此申请中所有的百分数一致将应,为体 积比)、分离NH3、或喷射和蒸发液体例如CH3OH。在高温热处理中i顿气氛时有三^遍的工艺控制问题(1)缓侵动力学 作用或稳定性的气体引入，(2) m炉子工件原料的表面状态，和(3)环境空 气渗漏。例如，把CH4注入到炉子中渗碳可以缓優地与氧气(02)或1化碳 起化学反应同时除去不希望有的氧气(02)或二氧化碳，和/或可以转移炉内气 氛的热势、禾口/或可以仅{观行临界的分离和反应，除非炉温很高；然而，高温 会增大m的金属材料或工件部件受损危险几率。在^fflH2、 NH3和其他HCs 时，或大或小禾號上会发生相似的情况。同样地，^A炉子的原料或工件表面可能覆着氧化皮、铁锈或水基油的残留物厚膜，原始气氛的活性可能不能满足
于除去此膜所需要的处理时间禾n温度范围。最终，炉内气氛外泄和另一^S含 o2的污染丽能需要附加的还原，时常向气氛中引入渗諮体，甚至大多数期 望气M"具有特定的热转变工艺的部件来说为惰性环境，也就是一种不包括还 原和/或渗m体的气氛。战的原位吸气技术受到许多考虑因素柳蹄U。例如， 用于在印刷电路丰肚软钎焊離的N2气氛中添加h2的量，为了安全必须控制
低于5%，即消除开口或半开口的S^烘箱爆炸的风险，和f鹏必须保掛氐7jC平， 一船氐于250。C，以防止仪表板和元1衬员坏。采用这對氐温和浓度，由于缓慢还 原动力学，戶舰H2吸气和去卩織化皮的效果才肖激强够格达到限度。同样的局 限性可以在钢件采用没有吸热、包含CO气氛的天然气渗碳时发现。例如，CH4 热分解并且迅速的在钢表面发生化学反应，工业上引人注意的速度仅仅高于 1000°C，但是许多钢在，高温处理显示出不希望得到晶粒长大。大量方法已经l細来解决戶;M问题。真空炉被用于热处理以避免环境空气
渗漏和挥发装入的原料或部件的杂质冷凝物。可惜所有的真空炉系统的SA和
运行都是昂贵的。此外，使用真空炉不能解决气体稳定性的问题。因此，渗碳
时必须使用更昂贵的和低稳定的烃^(HCs)如C2H2，而^(OT最低成本的CH4是 非常局限的。为克服戶舰气体稳定性和m的工件部件最初劉莫的问题，已经 发展出等离子体真空炉，但是那些系统的成本、处理复杂几何结构部件的问题 和控制^g的困难限制了等离子系统的利用。该系统的附加的因素和类似的放 电方纟封列如电晕放电、直接电弧或等离子体过渡电弧，是^^M工件部件(被 处理的)成为一个所述电极闭合放电电路的要求。炉子或反应器变得更加，， 对于复杂的或电子的工件部件，电流可能损坏该工件部件。能在大气压下运行 的非过渡电弧热等离子体系统已经被研究作为气体活性喷射器，其不需要关闭 经过该工件部件的电路。尽管如此，高温和这些系统当前的要求缩短了电极的 *至100小时或更少并且导致炉子被污染。新一代的微波炉膛系统排除了对 真空或低压室的要求并且在电极快速的更换同时活4機入原料或工件部件的表 面。尽管如此，工业化规模的微波炉膛设备是复杂、昂贵的，并且不能象传统 的热加热炉子一样灵活接受不同的金属原料和工件部件的几何结构。
Drissen等(美国专利号5,717,186)提出了fflilX件在离子真空热处理炉 子里控制直流气流的辅助测量^t去。Law等(美国专利号5,059,757)设计了一种在相同炉子里限制煤烟的方法。Qrita (美国专利号5，605，580)用一种多级热 处理工序来将边缘渗碳效果不均匀减到最小，该真空等离子系统比常规天然气 渗碳更加灵敏。Geoi^es (美国专利号5,989,363)用实例说明了辐射屏在后放电、 真空等离子体氮化的必要性。Giacobbe (欧洲专利号0324294A1)描虹件表面 和舰一种利用水冷的热等离子体悍顿工件表面淬硬。He和Paganessi (PCT
发明者J·L·格伦, R·E·小诺尔, Z·朱雷基 申请人:气体产品与化学公司