热屏蔽系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于热屏蔽高温炉的批料空间的热屏蔽系统，该热屏蔽系统包含至少一个屏蔽组件。
【背景技术】
[0002]热屏蔽系统用于高温炉中以便尽可能将由各别加热系统产生且为批料空间中的各别制程所需的热保持在批料空间中。
[0003]在迄今已用于高温炉的一种原理中，热屏蔽系统由多个(例如5至15个)由钨或钼制造的辐射板形成，这些辐射板经配置而彼此基本平行并且利用间隔物保持间隔分开。此外，已知使用适当堆叠的陶瓷砖(例如由氧化锆制造)来热屏蔽高温炉中的批料空间。
[0004]WO 2011/083898 Al揭示一种用于蓝宝石单晶生长高温炉的热屏蔽系统，其中提供多个经配置而间隔分开的绝热块。详言的，该等绝热块本身由石墨形成。此外，可在至少两个绝热块之间设置绝热层(例如由钢制造)。根据文献RU 100770 Ul及JP 2002-333279A，已知用于高温炉的其他热屏蔽系统。
[0005]随着对生产率、在高温炉中经热处理(或制造)的部件的产品质量及高温炉的能量效率的需求日益增加，使得有必要进一步优化热屏蔽系统。特别是，对于产品质量，在许多产品的情况下，需要批料空间中仅出现较小温度梯度，这可特别通过提高热屏蔽系统的屏蔽作用来达成。屏蔽作用提高也可以改良高温炉的能量效率。
[0006]在常规辐射板系统的情况下，可通过增加辐射板的数量来改良屏蔽作用。从而增加上面出现热流的表面的数量，且因此可利用多个辐射板达成相对较大幅度的温度下降。此结果通常随着板厚度的降低而出现。举例而言，使用在0.25至2.0mm范围内的板厚度，这些板彼此之间的间隙仅在4至8_范围内。然而对辐射板屏蔽的这种优化受到限制，这是因为由此造成了许多部件形成丝状结构且出现显著老化现象。替换辐射板则关系到花费精力及成本。
[0007]在惯常使用的陶瓷砖的情况下，利用陶瓷材料(尤其是氧化锆或氧化铝)的低热传导率。然而，在此同样需要进行优化。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的一个目标在于进一步改良高温炉的热屏蔽系统的屏蔽作用以及能量效率，同时应该确保其使用寿命较长。就此而言，热屏蔽系统将特别地设计用于彡1500 °C、尤其是彡1700 °C的目标温度。
[0009]通过如权利要求第I项中所述的热屏蔽系统来达成该目标。本发明的有利扩展方案则于从属权力要求中指明。
[0010]根据本发明，提供一种用于热屏蔽高温炉的批料空间的热屏蔽系统，该热屏蔽系统包含至少一个屏蔽组件。该屏蔽组件具有由一个(或多个)难熔金属片组成的外围及以颗粒结构和/或纤维结构形式存在且基于氧化锆(Zr02)的陶瓷材料，该陶瓷材料容纳于该外围中。优选地，陶瓷材料总体上以颗粒结构形式或者以纤维结构形式存在，即，优选地不存在颗粒与纤维的混合形式。
[0011]根据本发明，因为使用以颗粒结构和/或纤维结构形式存在的陶瓷材料，因此与块状材料相比热传导率进一步降低，这就屏蔽作用而言较为有利。此外，与块状材料相比，实现热容量降低，此就加热阶段及冷却阶段期间的能量效率而言以及就生产率而言为有利的。通过颗粒结构和/或纤维结构，个别颗粒或纤维之间的热传导仅可能经由个别颗粒或纤维之间的相对较小的接触点来进行。此外，个别颗粒及纤维之间发生辐射作用。特别是，在基于氧化锆(Zr02)的材料的情况下，有可能达成在十分之几W/(mK)(瓦/米?开)范围内的极低热传导率，例如在1/10W/(mK)至IW/(mK)范围内(这些数值适用于所述的整个温度范围)。因为O以颗粒及/或纤维结构形式存在的陶瓷材料容纳于由一个(或多个)难熔金属片组成的外围中，获得模块式构造，这就操作而言、就修复工作而言以及就替换陶瓷材料和/或整个屏蔽组件而言为有利的。特别是，若陶瓷材料上出现老化现象(例如，随时间而加剧分解)，则可将其自外围中移除并替换，而外围可重复使用。在本发明中，与通常使用的辐射板相比，外围的一个(或多个)难熔金属片可具有显著更厚且更稳定的形式，这就屏蔽组件的稳定性及使用寿命而言为有利的。特别地视屏蔽组件的大小来选择外围的一个(或多个)难熔金属片的厚度，厚度优选地随屏蔽组件的大小增加而增加。另外，辐射作用也出现在外围的一个(或多个)难熔金属片上，这对于热屏蔽作用而言为有利的。因此，通过以颗粒结构和/或纤维结构形式存在的陶瓷材料与由一个(或多个)难熔金属片组成的外围的组合可实现极佳屏蔽作用、高能量效率、较长使用寿命、便于维护、便于替换陶瓷材料以及便于替换整个屏蔽组件。特别在高目标温度下的应用，尤其在彡1500°C的目标温度下，优选在多1700°C的目标温度下，最高至2500°C范围内的目标温度下的应用中，根据本发明的热屏蔽系统优于如上所述的由辐射板或陶瓷砖组成的常见屏蔽系统。
[0012]在本
【发明内容】
中，“高温炉”(Hochtemperaturoefen)表示设计用于彡1500°C的目标温度、尤其彡1700°C、至多达2500°C的范围的目标温度的熔炉及反应器。此类型高温炉用于例如烧结难熔金属(尤其是基于钼或基于钨的材料)，用于蓝宝石单晶的生长以供用于LED制造等。此处，“目标温度”(“Zieltemperatur”)」表示当温度曲线延伸(例如，可能具有多个坡度的加热阶段；在目标温度下的保持阶段；冷却阶段)中批料空间内部的最大可达温度。根据本发明的热屏蔽系统尤其适用于这样的高温炉，即，其中由于批料空间内部进行的热过程，而有必要放弃使用含碳化合物(尤其是石墨)。此外，根据本发明的热屏蔽系统尤其充分适用于不是以感应方式而是例如使用电(电阻)加热组件进行加热的高温炉。
[0013]“外围”(Einfassung)表示优选闭合或者可能也部分开放的容器或将陶瓷材料保持并限定呈热屏蔽组件应有的外部的基本形状的罐体。此处，该基本形状具有由经配置而间隔分开的一个(或多个)难熔金属片决定的较大厚度，以便在其之间形成腔室以容纳陶瓷材料。为了顶侧及/或底侧(相对于高温炉的使用位置)上的热屏蔽，外围可特别分别具有盘状的基本形状(作为顶部部件或作为底部部件)，其内部形成用于容纳陶瓷材料的腔室。为了侧向热屏蔽(相对于高温炉的使用位置)，外围可具有例如中空圆柱形基本形状、中空圆柱形区段基本形状或更一般地以预定延伸高度完全或仅部分地围绕个批料空间的基本形状。就此而言，批料空间的侧向热屏蔽也可包含多个呈单个区段形式的屏蔽组件，其随后在投入使用时经配置而围绕批料空间。外围可具有气密形式，从而避免水分进入和/或避免外围内部形成沉积物。然而，这并非是必需的。更优选地，外围也可能实现气体循环。特别是，外围也可具有一或多个开口，该一或多个开口配置于陶瓷材料无法在屏蔽组件的各种使用位置的情况下逸出的位置。尤其基于高温炉内部进行的制程来权衡何种变型较佳。
[0014]在本
【发明内容】
中，“难恪金属”(Refraktaermetall)表示恪解温度彡2000°C的金属材料(以基本形式或以合金形式存在，适当时也具有非金属添加剂，例如氧化物、碳化物等)。陶瓷材料可以颗粒或粒状形式存在，尤其是以单个颗粒或粒子组成的床层形式。单个颗粒又可另外亦具有多孔形式。或者，陶