专利名称：烘箱或类似装置的气体入口的密封装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及烘箱、加热炉、处理腔室及类似装置，在这些装置中引入反应气体，作为处理步骤的一部分。本发明的特别的例子涉及用于化学蒸气渗透/化学蒸气沉积(Chemical Vapor Infiltration/ChemicalVapor Deposition，CVI/CVD)的加热炉，在该加热炉中引入反应气体作为提高多孔元件密度的方法的一部分，所述多孔元件例如为摩擦部件的多孔预成型件。
背景技术：
总体来说，将反应气体引入其中以作为处理步骤的一部分的烘箱、加热炉、处理腔室以及类似装置的使用是公知的(在以下的说明书中，术语“烘箱”应广义地理解为加热炉以及类似形式的处理腔室)。一个例子是化学蒸气渗透方法，其中，将先导反应气体引入烘箱中，该烘箱中放置有多孔元件(作为例子而不限于此例，诸如，刹车盘的多孔预成型件)。
通常，传统的烘箱包括包围放置用于处理的物体或元件的工作空间或反应腔室的外部烘箱壳体，使得反应气体流入和流出烘箱的系统，以及用于加热反应腔室的至少一个内部部分的加热系统。
反应气体以公知的方式被强制渗透到多孔元件的多孔结构。该反应气体可以包括诸如丙烷的碳化氢气体。
在公知的例子中，反应气体被引入一个内部容置空间，该内部容置空间由与烘箱的反应腔室大致对正的刹车盘的环形预成型件的堆叠所限定。总体上，通过扩散穿过预成型件的多孔(例如，纤维)结构和/或流过由间隔件或类似物限定的相邻的叠置预成型件之间的缝隙，气体被强制从堆叠的内部容置空间行进到堆垛的外部。
至少反应腔室的内部被加热系统所加热。因此，由于刹车盘预成型件相对较高的温度，反应气体易于热解并且遗留下沉积在多孔结构的内表面的分解产物。例如，采用碳化氢气体，分解产物是热解碳，由此得到含碳的组合物材料(诸如碳-碳材料)。
通常，这种类型的烘箱由多个组件构成，通过焊接、螺接以及类似方式将这些组件组装在一起，以限定该组装结构的各种单元。
然而，在烘箱的结构中，常常会存在各种结构缺陷和异常。例如，构建烘箱时，构件的对准会很差。在其他情形下，会出现中间缺陷，例如，由于使用烘箱时产生的热膨胀差异而造成部件之间对准不良。例如，具有不同膨胀系数的不同材料用于相同组件时，就会发生这种情况。通常，在这些地方的结构缺陷会导致各部件之间的缝隙、间隙等等缺陷，外部空气(例如含有污染物的空气)会经过这些缺陷渗透进入烘箱中，而反应气体(其通常是可燃的)会经过这些缺陷而逸出。
将气体引入烘箱的一个(或多个)位置会出现一种具体问题，其至少牵扯到，反应气体可能会从气体流道逸出，而不是有效地传递到烘箱中的刹车盘预成型件或类似物所处的区域。
由上述可知，期望减少在向烘箱以及其中的反应腔室(反应气体应当进入其中)引入反应气体的位置处的反应气体的泄漏。同时，对于烘箱的结构而言，保持其结构稳定性以适应加工误差和不完善性等等是有利的。
发明内容
总体而言，根据本发明，挠性的管状密封装置位于气体入口管道的一端的周围，其位置是，气体入口管道进入烘箱的主体并且终止于形成于反应腔室内气体入口的开口。
优选地，管状密封装置的至少一部分在横向(相对于管状密封装置在烘箱壁和反应腔室的气体入口开口之间所沿着延伸的轴)和/或轴向是挠性的。该挠性部分可以具有诸如波纹管的结构。管状密封装置的其余部分可以是相对刚性的。在本发明的一个实例中，管状密封装置的挠性部分由不锈钢制成并具有允许所需挠性等级的厚度，而管状密封装置的其余部分由因科镍合金(Inconel Alloy)或类似材料制成。
在邻近于进入烘箱壳体的气体入口管道的入口处，至少管状密封装置的轴向端被焊接到位，以进一步改善气体密封装置的整体性。
从而，这里所描述及所要求保护的管状密封装置如愿地提供气体入口管道端周围的密封，在该管道端，入口管道穿入烘箱主体并终止于形成在反应腔室内气体入口开口的附近。另外，即使气体入口管道与气体入口开口对正不良(例如因为结构和安装的缺陷)，仍然能保持密封功能。最后，即使由于烘箱中的不同部件因它们具有不同的热膨胀系数而膨胀量不同而导致在操作时气体入口管道和气体入口开口之间的间隙发生变化，密封性仍能得以保持。
参考所附附图可以更好地了解本发明，附图中·图1是本发明的烘箱的横截面示意图，所示出的位置是在反应气体入口管道进入烘箱主体并终止于在烘箱主体内的反应腔室中形成的气体入口开口的附近；·图2是本发明的管状密封装置的分解立体视图；并且·图3是本发明的管状密封装置的第一和第二轴向部分之间的连接处的部分放大图。
实施方式概括而言，用于CVI/CVD工艺的烘箱包括一个壁或者壳体，该壁或者壳体将烘箱的内部与外部分开并且在其中限定出一个容置空间。在烘箱的容置空间中具有反应腔室结构。在CVI/CVD烘箱中的反应腔室本身在烘箱容置空间内限定出另一个容置空间。诸如多孔刹车盘预成型件等需被处理或改性的物品置于反应腔室中。
概括而言，提供的反应气体循环系统是将反应气体引入烘箱或从中去除。具体地说，是将反应气体引入烘箱内的反应腔室。
通过任何适当的现有技术和/或该行业中公知手段，非限定性地包括，通过烘箱内部气体压力与烘箱外部气体压力相比较的效应，或者通过现有技术中公知的各种抽吸或放空手段，将气体从烘箱中抽出。
加热系统设置成加热至少反应腔室的内部。这种烘箱的加热通常是现有技术中的公知技术。两种特别公知的加热器系统的例子包括传导加热和电阻加热。
为了简化对结构的描述，描述涉及到的各种通道、管道或类似物时，假设它们的横截面是大致环状的，虽然实际上并非总是如此。
图1是部分横截面视图，反应气体输送管道12经过烘箱壁10，以将反应气体气流输送到烘箱中(如图1中的箭头A所示)。
在一可行的例子中，形成于反应腔室16中的气体入口通道14的直径可以通过一个插入件而被限定或调节。该插入件包括安装到位并固定或以其他方式相对于环状组合板20固定的管18，环状组合板20具有与管18大致对正的中心开孔20a。通过例如如图1所示的螺钉22，组合板20又被固定到反应腔室16的表面。传统的绝热材料可以置于管18的周围，更具体地说，绝热材料可以是通过例如螺钉24或类似物而将多个环状层(未示出)固定在一起的形式。
最后，反应腔室16的外部可选地用总体上以层28表示的传统绝热材料覆盖。
反应气体输送管道在至少接近形成于反应腔室16内的气体入口通道14处终止。在一些构形中，反应气体输送管道12可以与限定气体入口通道14的结构相接触，或者以其他方式与其邻接。由于下述原因，期望保持反应气体输送管道12独立于气体入口通道14(亦即，它们之间不相互固定)，甚至在反应气体输送管道12和气体入口通道14之间保有间隙。
根据本发明，设有管状密封装置(总体上其附图标记为32)。管状密封装置32大体上以环绕的方式包围气体输送管道12和气体入口通道14之间的过渡之处并使其实际上不泄漏。为了能够适应烘箱内部的操作条件(尤其是温度条件)，管状密封装置32优选由金属制成。
管状密封装置32的至少一部分是挠性的，更具体地说，在相对于管状密封装置32所延伸的轴的横向和/或轴向是挠性的。这种挠性补偿了气体输送管道12和气体入口通道14之间例如由如上所述的结构或非对称热应力的缺陷所造成的对正缺陷或偏心。从而，例如，由于不同的热膨胀系数，在操作中当烘箱的内部被加热时，气体输送管道12和反应腔室16(包含形成于其内的气体入口通道14)之间的距离会发生变化。所以，即使气体输送管道12和气体入口通道14之间的缝隙的大小存在增加或减小情况，或者它们甚至横向偏出而失去对正，组件总体上也能独立地保持在不泄漏状态，从而能够适应各种对正缺陷或类似的缺陷。
管状密封装置32优选包括至少两个轴向段挠性的第一轴向部分32a和相对刚性(与第一轴向部分相比)的第二轴向部分32b。
第一轴向部分32a优选在横向和/或轴向具有提供所需挠性的形状和结构。例如，如各图所示，第一轴向部分32a具有波纹管型的形状。
在本发明一个实例中，第一轴向部分32a是由优选能承受高达大约500℃的不锈钢(诸如ASME321)或者因科镍合金(Inconel alloy)制成。可以理解，有必要考虑到材料的厚度从而获得所需的挠性。
第二轴向部分32b可以仅仅是管状的，其具有对应于第一轴向部分32a横截面形状的横截面形状以提供连续性。在本发明的一个实例中，第二轴向部分32b可以是由因科镍合金制成。与第一轴向部分32a相比，第二轴向部分32b的刚度更大。
如上所述，管状密封装置32大体上是管状套的形式，其在气体输送管道12和气体入口通道14之间的过渡之处的周围在轴向和横向是挠性的。在烘箱壁10内部的位置34和至少邻近(若不邻接)反应腔室16的位置36之间，管状密封装置大体上轴向延伸。
如图所示的实施例结构中，通过任何合适的手段，例如焊接，将第一轴向部分32a固定到环形板38，在第一轴向部分32a和环状板38之间提供几乎完全的密封。
环状板38固定地安装到烘箱壁10的内部。可以使用任何固定方式，具体地说，可以采用如图所示的螺钉42或类似方式，以在环状板38和烘箱10之间提供良好的气密性。环状板38和烘箱壁10之间密封性的进一步提高，可以通过传统的方式来实现采用置于它们之间的密封环或其类似物和/或大体上如39所示的焊接方式。
在管状密封装置32相反轴向端，以例示的方式，第二轴向部分32b可以仅仅在圆环44处终止，圆环44可以固定到位而无需真正地附加或固定在反应腔室16(和/或绝热材料28)的表面和第二轴向部分32b的外表面之间。
以例示的方式，圆环44可以具有一个与组装板20的相对面相邻接的表面。在一些构形中，将一个或多个密封环45置于圆环44和组装板20之间是有利的。以例示的方式，密封环45可以由石墨制成。在图1中，为了例示的目的，仅仅示出了两个这样的密封环45。在一些构形中，一个或多个附加密封环49可以具有径向向外延伸的外径，从而置于组装板20和反应腔室16之间。
在本发明的一个实例中，构成管状密封装置32的第一轴向部分32a和第二轴向部分32b是相互分开的部分，它们以任何传统的方法在相邻的轴向端部以气密性方式相连，该传统的方法在第一轴向部分32a和第二轴向部分32b之间提供适当的密封等级。
在如图所示的一个具体例中，第一轴向部分32a(如上所述，可以是由相对较薄的金属带构成，例如不锈钢)在与第二轴向部分32b邻近的一端(具体参见图2和3)可以具有法兰形成部分50(相对于第一轴向部分32a的轴)。
以相应的方式，第二轴向部分32b具有横向延伸的法兰或环48，该法兰或环48以传统的方式固定在其上面，例如焊接方式(该方式尤其有效地提供相互间的气密性)。
如各图所示，尤其如图3所示，法兰形成部分50和法兰48相互面对地放置。密封环52(例如由石墨制成)置于各法兰之间，以提高其间的气密安全性。
最后，法兰48、法兰50以及它们之间的密封环52通过传统的方法固定在一起，例如由螺钉54和螺母56而固定。
除了如上所述的管状密封装置的结构，例如烘箱壁10的、气体输送管道12的、反应腔室16的、绝热体28等等的材料和/或结构是公知的现有技术。总之，所有上述部件必须能够承受在CVI/CVD工艺中的烘箱中的温度。具体地说，挠性的第一轴向部分32a，在其合理的工作寿命中，考虑到其使用时经受的温度的同时，必须始终保持其挠性。最后，一些部件需要由非反应型材料(尤其是在上述的高温下)制成，以免与在烘箱内进行的分解过程的化学物质相互干扰。
以期望的方式，在烘箱维护期间，如上所述的以及所要求保护的管状密封装置易于装入烘箱或者从中取出。
虽然业已参考旨在图示和说明本发明的一些特定的实例而对本发明进行了以上的描述，然而，必须理解的是，本发明并不仅仅限于这些实例的具体细节。更具体地说，本领域技术人员会理解到，可以轻易地对优选的实施方案作出修改和改进而不超出所附权利要求所限定的本发明的保护范围。
权利要求
1.一种气体入口装置，其用于使气体从烘箱外部到烘箱内部的形成于反应腔室(16)内的入口通道(14)而通入烘箱中，该入口装置包括·用于将气体输入到烘箱中的气体管道(12)，该气体管道在烘箱的外部和烘箱的内部之间延伸，并且至少在形成于反应腔室内的气体入口通道的附近具有一个终止端；以及·相对于气体管道位于径向外侧的管状密封装置(32)，该管状密封装置的第一端以气密性的方式被固定，该第一端处于烘箱的内表面邻近于气体管道穿入烘箱的位置，并且该管状密封装置向邻近于气体入口通道的位置延伸，以密封的方式固定到其上；该气体入口装置的特征在于，管状密封装置包括挠性的第一轴向部分(32a)和相对刚性的第二轴向部分(32b)。
2.根据权利要求1的气体入口装置，其特征在于，第一轴向部分具有波纹管结构。
3.根据权利要求1或2的气体入口装置，其特征在于，第一轴向部分由金属制成。
4.根据权利要求1至3任何一项的气体入口装置，其特征在于，第一轴向部分由不锈钢制成。
5.根据权利要求1至4任何一项的气体入口装置，其特征在于，第二轴向部分由金属制成。
6.根据权利要求1至4任何一项的气体入口装置，其特征在于，第二轴向部分由因科镍合金制成。
7.一种将气体输送至反应腔室中的接收器的气体入口通道的方法，该方法包括·放置气体输送管道，以使烘箱外部与烘箱的内部连通，该管道至少在气体入口通道的附近终止；并且·通过采用管状密封装置来环绕气体输送管道，基本上将气体输送管道隔离，管状密封装置基本上是气密性的，并且从烘箱内壁的管道穿入烘箱的位置向邻近于反应腔室的气体入口通道的位置延伸；该方法的特征在于，管状密封装置以这样的方式固定到位其管道延伸过去的部分基本上是气密性地形成的，并且在于，至少管状密封装置的一部分在横向是挠性的，以适应在密封组件被固定到烘箱壁的位置以及邻近于气体入口通道的位置的管状密封装置的各端部的位置差异。
全文摘要
一种管道(12)，用于将气体输入烘箱或类似装置(诸如CVI/CVD烘箱)，尤其是将气体输入烘箱中的反应腔室(16)结构，其设有气密性管状密封装置(32)，该密封装置其沿着管道的径向向外延伸并限定基本气密性的通道，输送管道沿此通道延伸。管状密封装置至少在横向和/或轴向基本上是挠性的，从而适应反应腔室的位置和气体输送管道穿入烘箱的位置之间的定位缺陷(该缺陷可能是由于诸如非对称的热膨胀/收缩造成)。
文档编号F26B21/00GK101021381SQ200710079170
公开日2007年8月22日 申请日期2007年2月14日 优先权日2006年2月14日
发明者J-M·加西亚, O·珀蒂让, E·西翁 申请人:马塞尔-布加蒂股份有限公司