一种具有旋流气场的沉积炉的制作方法

本发明涉及一种沉积炉，具体涉及一种具有旋流气场的沉积炉，属于化学气相沉积设备。

背景技术：

1、近年来，我国c/c复合材料的制备已趋于成熟，在航天、航空、交通等诸多领域已得到广泛应用，并随着社会的发展和科技的进步，对c/c复合材料产品的质量有了更高的要求。

2、化学气相沉积是一种被广泛应用于生产c/c复合材料的工艺方法。影响c/c复合材料制备及性能的因素很多，cvi(化学气相渗透工艺)设备尺寸、致密化温度、压力、气体流量、气体停留时间、气流的分布和走向、热传质方式、冷却温度及速率、气体初始温度等均会对材料微观结构及性能产生影响。现有的cvi设备，大多是从设备底部通过进气管路向沉积炉内输送碳源气体，碳源气体以一定的流量、流速直接通入到炉内，炉内会存在气量不均，加热不均的现象，从而直接导致沉积炉内梯度方向上产品出现的增密差，且炉内各区域已分解前驱体密度不同而产生的相同位置产品的增密差，极大影响c/c复合材料的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种具有旋流气场的沉积炉，以旋转的方式带动炉内气场以及热场的均匀性，提高大尺寸c/c复合材料致密均匀性，进而满足单晶炉用工业需求。

2、本发明的技术方案是：一种旋转式沉积炉，包括：旋转动力机构、支撑承重机构、隔热保温机构以及进气机构。

3、旋转动力机构包括：伺服电机、传动齿轮、支承转盘轴承；其中，伺服电机安装于沉积炉的炉底，伺服电机的主轴末端安装传动齿轮，支承转盘轴承外圈加工有齿轮传动齿轮与支承转盘轴承啮合，带动进行旋转。

4、支撑承重机构包括：位于沉积炉内的下承重板、上承重板以及支撑柱；下承重板固定在支承转盘轴承的上端面，上承重板以及下承重板之间通过支撑柱支撑；沉积炉内上承重板上方的区域为沉积区，待沉积产品放置于上承重板上。

5、隔热保温机构包括：固定在沉积炉内壁的外保温棉、固定在下承重板上的内保温棉；内保温棉随着支承转盘轴承的旋转一起转动。

6、所述进气机构安装在所述下承重板下，随所述下承重板转动的同时向所述沉积区通入碳源气体，从而在沉积区形成旋流气场。

7、在上述方案的基础上，进一步的，进气机构包括：主进气管、旋转接头及分气盘；分气盘安装在下承重板下；分气盘上设置有多路气体管路；主进气管通过旋转接头连接分气盘，主进气管通过旋转接头连接分气盘，满足可旋转功能，碳源气体通过所述主进气管进入所述分气盘，经所述分气盘上的多路气体管路均匀分散至所述上承重板上方沉积区。

8、在上述方案的基础上，进一步的，多路气体管路的出气口位于上承重板上方不同高度、不同方位处；且所述气体管路的出气方向可调；进一步保证在沉积区形成旋流气场。

9、在上述方案的基础上，进一步的，各机构设有密封件，防止气体泄漏及流失；具体的：外保温棉与内保温棉之间为动密封，在外保温棉与内保温棉之间的间隙处设有石墨垫片；伺服电机与沉积炉的炉底之间通过磁流体动密封装置形成密封；外保温棉与沉积炉内壁之间通过l型封气环形成密封。

10、上述方案中，具体的，下承重板的圆周面上加工有一圈沉孔，通过沉头螺钉将下承重板固定在支承转盘轴承的上端面；在下承重板的上端面上还加工有凹槽，在上承重板的下端面对应位置同样设有凹槽，凹台深度20～50mm，支撑柱与上下凹槽配合，起到承重及限位作用。

11、上述方案中，具体的，内外保温棉之间采用迷宫式设计，有利于隔热及密封；内保温棉与外保温棉之间间隙2～10mm，间隙处装有石墨垫片。

12、上述方案中，具体的，外保温棉与内保温棉的高度大于500mm，有效隔绝热量损失。

13、上述方案中，具体的，内保温棉下承重板及上承重板圆周开有两种规格的通孔，用于安装支撑柱及分气盘，分气盘安装在下承重板的中心处。

14、上述方案中，具体的，支撑柱材质为高强石墨，l型封气环材质为聚四氟乙烯。

15、有益效果：

16、(1)本发明采用伺服电机通过传动齿轮带动支承转盘轴承转动，支承转盘轴承带动下承重板以及进气机构进行旋转，进气机构随下承重板转动的同时向所述沉积区通入碳源气体，从而以旋转的方式在沉积区形成旋流气场，提高炉内气场以及热场的均匀性，提高产品整炉密度均匀性30％以上，温度均匀性5％以上。

17、(2)本发明通过分气盘使气体形成固定走向，同时使c/c复合材料预制体在沉积过程中旋转，并保持内部混合气体和加热温度对其表面作用的均匀性，提高了c/c复合材料沉积致密效率20％以上。

18、(3)本发明中，分气盘设置多路位于出气口位于不同高度、不同方位处的气体管路，且气体管路的出气方向可调，进一步保证在沉积区形成旋流气场，使得沉积区气体均匀分散，提高气体均匀性。

19、(4)本发明结构简单、使用方便，能够满足生产要求；另外，其节能效果明显,且不受轴偏心振动的影响，结构稳定。

20、(5)本发明中，各机构设有密封件，防止气体泄漏及流失。

21、(6)本发明中，外保温棉与内保温棉的高度大于500mm，能够有效隔绝热量损失，避免热量向炉底部扩散，影响底部支承转盘轴承。

技术特征：

1.一种具有旋流气场的沉积炉，包括：旋转动力机构、支撑承重机构、隔热保温机构以及进气机构，其特征在于：

2.如权利要求1所述的具有旋流气场的沉积炉，其特征在于：所述进气机构包括：主进气管(12)、旋转接头(13)及分气盘(14)；

3.如权利要求2所述的具有旋流气场的沉积炉，其特征在于：多路气体管路的出气口位于所述上承重板(5)上方不同高度、不同方位处；且所述气体管路的出气方向可调。

4.如权利要求1所述的具有旋流气场的沉积炉，其特征在于：所述外保温棉(8)与所述内保温棉(7)之间为动密封。

5.如权利要求2所述的具有旋流气场的沉积炉，其特征在于：所述外保温棉(8)与所述内保温棉(7)之间采用迷宫式设计，两者之间间隙为2～10mm，间隙处设有石墨垫片(9)。

6.如权利要求1所述的具有旋流气场的沉积炉，其特征在于：所述伺服电机(1)与所述沉积炉的炉底之间通过磁流体动密封装置(10)形成密封；所述下承重板(4)与所述沉积炉内壁之间通过l型封气环(11)形成动密封。

7.如权利要求1-6任一项所述的具有旋流气场的沉积炉，其特征在于：所述下承重板(4)的圆周面上加工有一圈沉孔(41)，通过沉头螺钉将所述下承重板(4)固定在所述支承转盘轴承(3)的上端面。

8.如权利要求1-6任一项所述的具有旋流气场的沉积炉，其特征在于：在所述下承重板(4)的上端面上还加工有凹槽(42)，在所述上承重板(5)的下端面对应位置同样设有凹槽，所述支撑柱(6)与上下凹槽配合。

9.如权利要求1-6任一项所述的具有旋流气场的沉积炉，其特征在于：所述外保温棉(8)和所述内保温棉(7)的高度大于500mm。

10.如权利要求6所述的具有旋流气场的沉积炉，其特征在于：所述支撑柱(6)材质为高强石墨，所述l型封气环(11)的材质为聚四氟乙烯。

技术总结
本发明涉及化学气相沉积设备技术领域，具体涉及一种沉积炉。一种具有旋流气场的沉积炉，包括：旋转动力机构、支撑承重机构、隔热保温机构以及进气机构；旋转动力机构安装在沉积炉的炉底，用于带动支撑承重机构旋转；支撑承重机构位于沉积炉内，底部安装有进气机构，上部承载有待沉积产品；隔热保温机构设置在支撑承重机构与沉积炉内壁之间；碳源气体通过进气机构传输到炉内，在被均匀分散的同时在沉积区形成旋流气场。本发明利用支承转盘轴承带动炉内整体机构旋转，从而以旋转的方式带动炉内气场以及热场的均匀性，提高大尺寸C/C复合材料致密均匀性，进而满足单晶炉用工业需求。

技术研发人员：张灵玉,张亚超,苏超,王佳,程皓,赵大明,孟凡才,李国丹,苏嘉新,龚静博
受保护的技术使用者：西安超码科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11