专利名称：大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉。
背景技术：
真空化学气相沉积是一种被广泛应用于生产新型材料(如碳-碳复合材料)的工 艺方法。由于这种工艺方法自身的特点，对于沉积炉有特殊的要求，普通的沉积炉或真空炉 均无法满足其要求。目前，已有能够基本满足小尺寸材料或制品进行真空化学气相沉积的沉积炉。随 着社会的发展、技术的进步，航天、航空、交通等诸多领域对化学气相沉积材料有了更高的 要求，材料或制品的尺寸在向大型化发展。由于存在炉内温度均勻性、气相沉积均勻性、焦 油收集和处理、装卸料以及设备运行可靠性等技术难点，目前还没有能满足大型材料或制 品进行真空化学气相沉积的沉积炉。有些材料(如碳-碳复合材料)在沉积完成后还需进行石墨化处理。目前一般是 分别在沉积炉内进行化学气相沉积，在石墨化炉内进行石墨化处理。很显然，这种方式存在 必须配备两台不同的设备，投资多，占地面积也大的缺点。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种适用于大型材料或制品进行真空化学 气相沉积，并且炉内气相沉积均勻的大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉。为了解决上述问题，本实用新型提供的大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能 炉，包括炉壳、沉积室、沉积气路系统、焦油收集处理系统、带脉冲反吹功能的收尘过滤及风 冷系统和真空系统，所述的沉积气路系统是在所述的沉积室的顶部均勻排布设有多个与混 合气体供气管路连接的喇叭形顶部进气管，在所述的沉积室的底部均勻排布设有多个与排 气管路连接的喇叭形排气管，所述的排气管路的出口与所述的焦油收集处理系统连接。多个所述的喇叭形顶部进气管采用紧密相靠均勻排布设置在所述的沉积室的顶 部，多个所述的喇叭形排气管采用紧密相靠均勻排布设置在所述的沉积室的底部。所述的喇叭形顶部进气管设有倾斜微螺旋槽。所述的沉积室的侧壁设有至少一个与所述的供气管路连接的喇叭形侧壁进气管。所述的喇叭形侧壁进气管内设有倾斜微螺旋槽。每个所述的喇叭形顶部进气管均连接有可独立调节和控制的调节阀。每个所述的喇叭形侧壁进气管均连接有可独立调节和控制的调节阀。与所述的喇叭形排气管连接的每个所述的排气管路上设有绝对压力变送器和电 动调节阀。所述炉壳包括炉壳，在炉壳内设有炉胆，在炉胆内设有发热体，在发热体内设有沉 积室，在炉壳上设有水冷电极。所述焦油收集处理系统包括焦油冷凝捕集罐，设在焦油冷凝捕集罐内底部的冷却盘管，与冷却盘管相连的低温冷却循环泵。所述带脉冲反吹功能的收尘过滤及风冷系统包括散热器、除尘器、高压冷却风机、 管路、阀门和压差检测仪表组成。所述真空系统包括真空泵、真空阀门、过滤器、真空管路、设在所述炉壳上的抽真 空接口、设在焦油冷凝捕集罐上的抽真空进气口和出气口。所述水冷系统包括管路，设在管路上的阀门、过滤器、压力检测仪表、流量传感器。所述装卸料车包括车架、液压升降装置、活动辊轮导轨、辅助支架、安装于地面的 导轨。所述炉前变压器置于炉壳顶部两侧。 所述电气控制系统由电控柜、设在电控柜内的电器元件、仪器仪表、设在所述炉壳 上的高低温检测自动转换装置(包括热电偶、热电偶移动装置、双比色红外测温仪)、设在 所述炉壳上的真空规管、压力检测仪表等组成。所述电控柜置于炉壳旁的适当位置。电气 控制对炉内各个独立的发热区的温度进行检测和PID调节，对各真空泵、风机进行控制，对 沉积室内的压力进行检测和PID调节，对沉积气体的流量进行检测和PID调节。电气控制 系统具有当炉内超温、热电偶断偶、冷却水欠压和电动机过载时进行声光报警的功能。采用上述技术方案的大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉，与一般真空化 学气相沉积炉和石墨化炉比较，本实用新型具有以下优点1、炉胆和发热体充分满足大型材料或制品的加热要求，炉内温度均勻性好。2、采用适用于大型化学气相沉积炉的沉积气路系统，充分满足大型材料或制品的 气相沉积要求，沉积室内气流场稳定，气相沉积均勻。3、焦油收集和处理效果好，清洗和维护方便。4、配备带脉冲反吹功能的收尘过滤及风冷系统，可有效收集炉内的粉尘防止对环 境的污染，可快速冷却炉内物料提高生产效率，过滤装置通过高压气体的脉冲反吹及时进 行清扫，保证了系统连续可靠运行。5、装卸料车结构简单，成本较低，运行可靠，操作简便，特别适用于大型材料或制 品的装卸。6、自动化程度高，操作简便，劳动强度低，运行可靠。7、一炉多用，减少投资，减少占地面积。综上所述，本实用新型是一种适用于大型材料或制品进行真空化学气相沉积，并 且炉内温度均勻、气流场稳定、气相沉积均勻、焦油收集和处理效果较好、可快速冷却物料 并收集炉内粉尘、装卸料方便、运行可靠、操作简单、维修成本低的大型真空化学气相沉积 石墨化处理多功能炉。
图1是本实用新型的横截面结构示意图。图2是本实用新型的纵截面结构示意图。图3是本实用新型的沉积气路系统的结构示意图。图4是本实用新型的顶部进气管布置示意图。图5是本实用新型的排气管布置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。参见图1、图2、图3、图4和图5，炉壳17内设有沉积室18，沉积室18的顶部紧密 相靠均勻排布设有12个分别与混合气体供气管路11连接的喇叭形顶部进气管2，喇叭形顶 部进气管2内设有倾斜微螺旋槽19，在沉积室18的底部采用紧密相靠均勻排布设置有12 个与排气管路8连接的喇叭形排气管4。沉积室18的侧壁设有4个与混合气体供气管路 11连接的喇叭形侧壁进气管3，喇叭形侧壁进气管3内设有倾斜微螺旋槽19。玻璃转子流 量计14和手动调节阀15通过第一供气管路13与气体混合罐16连接，玻璃转子流量计14 的入口端通过第一供气管路13与气源(图中未示出)相连，质量流量计12的入口端通过 混合气体供气管路11与气体混合罐16连接，质量流量计12的出口端通过混合气体供气管 路11与电磁阀10的入口端连接，电磁阀10的出口端通过混合气体供气管路11分别与设在 炉壳17上的顶部进气接口 1和侧部进气接口 9连接，电动调节阀6的入口端通过排气管路 8与设在炉壳17上的排气接口 5连接，电动调节阀6的出口端通过排气管路8与沉积炉的 焦油捕集和处理装置(图中未示出)相连，排气管路8上设有绝对压力变送器7，设在沉积 室18顶部上的喇叭形顶部进气管2的入口端与设在炉壳17上的顶部进气接口 1连接，设 在沉积室18上的喇叭形侧壁进气管3的入口端与设在炉壳17上的侧部进气接口 9连接， 设在沉积室18上的喇叭形排气管4的出口端与设在炉壳17上的排气接口 5连接，炉壳17 连接有带脉冲反吹功能的收尘过滤及风冷系统20，排气管路8的出口与焦油收集处理系统 21连接，焦油收集处理系统21连接有真空系统22。喇叭形顶部进气管2、喇叭形侧壁进气管3和喇叭形排气管4均采用石墨材料制造。气体混合罐16采用不锈钢制造。沉积气路的各个进气和排气回路均是可独立调节和控制的。参见图1和图2，用所述装卸料车(图中未画出)将工件装载于炉壳17的沉积室 内，将炉壳17内抽至真空状态，将炉内加热升温至沉积工艺规定的温度，通过炉壳17顶部 和侧部的进气接口和设在炉壳17内沉积室顶部的喇叭形顶部进气管2和侧部的喇叭形侧 壁进气管3，向沉积室18内充入沉积气体，沉积后的尾气通过设在沉积室18底部的喇叭形 排气管4及设在炉壳17底部的排气接口，排放至焦油收集处理系统21，尾气中的焦油在焦 油收集处理系统21的冷凝捕集罐内被冷凝和收集，除去了焦油的气体通过真空系统22的 过滤器过滤后由真空系统22的真空泵抽至室外。在加热升温过程中，炉温较低时采用热电偶检测炉内温度，当炉温达到预先设置 的转换温度时，电气控制系统(图中未画出)自动切换为采用双比色红外测温仪检测炉内 温度，并自动通过热电偶移动装置将热电偶移出高温区以保证热电偶不被烧坏。在进行化学气相沉积过程中，通过调节沉积气路系统的气源供气管路上的手动调 节阀15和玻璃转子流量计14调节各种气体的比例、各种气体在沉积气路系统的气体混合 罐16内混合。设在沉积气路系统的质量流量计12对进入炉壳17的沉积室18内的混合气 体进行PID调节，保证气体流量稳定。设在沉积气路系统的每个排气管路8上的绝对压力 变送器7检测沉积室18内各区域的压力，由设在排气管路8上的电动调节阀6对沉积室18内的压力进行PID调节，维持沉积室18内各区域的压力均等且恒定。在进行高温石墨化处理时，用保温塞将沉积气路系统的喇叭形顶部进气管2、喇叭 形侧壁进气管3和喇叭形排气管4封闭，提高保温性能，降低能源消耗。在化学气相沉积工艺过程或石墨化处理工艺过程结束后，可向炉壳17内充入适 量的氩气，然后启动带脉冲反吹功能的收尘过滤及风冷系统20。氩气与工件及炉胆等进行 热交换，在带脉冲反吹功能的收尘过滤及风冷系统20的高压冷却风机的作用下，热的氩气 进入带脉冲反吹功能的收尘过滤及风冷系统20的散热器进行热交换，冷却后的氩气进入 带脉冲反吹功能的收尘过滤及风冷系统20的除尘器、滤除了粉尘的氩气通过高压冷却风 机和管路返回炉壳17内。如此循环，直至炉壳17内被冷却至适当温度并且粉尘被排净。在 冷却和除尘过程中，带脉冲反吹功能的收尘过滤及风冷系统20的压差检测仪表不断检测 除尘器的进气端和出气端的压力差，当压力差大于或等于预定值时电气控制系统发出声光 报警信号，提示操作者采用高压气体脉冲反吹的方法清除过滤器上已收集的粉尘。
权利要求1.一种大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉，包括炉壳(17)、沉积室(18)、沉 积气路系统、焦油收集处理系统(21)、带脉冲反吹功能的收尘过滤及风冷系统00)和真空 系统(22)，其特征是所述的沉积气路系统是在所述的沉积室(18)的顶部均勻排布设有多 个与混合气体供气管路(11)连接的喇叭形顶部进气管O)，在所述的沉积室(18)的底部均 勻排布设有多个与排气管路(8)连接的喇叭形排气管，所述的排气管路(8)的出口与所 述的焦油收集处理系统连接。
2.根据权利要求1所述的大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉，其特征是多 个所述的喇叭形顶部进气管( 采用紧密相靠均勻排布设置在所述的沉积室(18)的顶部， 多个所述的喇叭形排气管(4)采用紧密相靠均勻排布设置在所述的沉积室(18)的底部。
3.根据权利要求1或2所述的大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉，其特征是 所述的喇叭形顶部进气管( 设有倾斜微螺旋槽(19)。
4.根据权利要求1或2所述的大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉，其特征是 所述的沉积室(18)的侧壁设有至少一个与所述的供气管路连接的喇叭形侧壁进气管(3)。
5.根据权利要求4所述的大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉，其特征是所 述的喇叭形侧壁进气管(3)内设有倾斜微螺旋槽(19)。
6.根据权利要求1或2所述的适用于大型化学气相沉积炉的沉积气路系统，其特征是 每个所述的喇叭形顶部进气管( 均连接有可独立调节和控制的调节阀。
7.根据权利要求4所述的大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉，其特征是每 个所述的喇叭形侧壁进气管( 均连接有可独立调节和控制的调节阀。
8.根据权利要求1或2所述的大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉，其特征是 与所述的喇叭形排气管(4)连接的每个所述的排气管路(8)上设有绝对压力变送器(7)和 电动调节阀(6)。
专利摘要本实用新型公开了一种大型真空化学气相沉积石墨化处理多功能炉，包括沉积气路系统、焦油收集处理系统(21)、带脉冲反吹功能的收尘过滤及风冷系统(20)和真空系统(22)，沉积气路系统是在沉积室(18)的顶部均匀排布设有多个与混合气体供气管路(11)连接的喇叭形顶部进气管(2)，在沉积室(18)的底部均匀排布设有多个与排气管路(8)连接的喇叭形排气管(4)，排气管路(8)的出口与焦油收集处理系统(21)连接。本实用新型适用于大型材料或制品进行真空化学气相沉积，并且炉内温度均匀、气流场稳定、气相沉积均匀、焦油收集和处理效果较好、可快速冷却物料并收集炉内粉尘、装卸料方便、运行可靠、操作简单、维修成本低。
文档编号C23C16/455GK201933151SQ201020687799
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者戴煜, 羊建高, 谭兴龙 申请人:戴煜, 羊建高, 谭兴龙