一种石墨隔热装置及具有石墨隔热装置的CVD反应器的制作方法

本实用新型涉及无机非金属材料制备技术领域，具体涉及一种石墨隔热装置及具有石墨隔热装置的CVD反应器。

背景技术：

化学气相沉积反应一般在高温条件下进行，例如生产多晶硅的还原炉。通常，各厂家都努力追求热量的最大化利用，有利于降低反应器的综合能耗，降低成本；另外，出于安全考虑，还要将反应器壁冷却至常温，避免外壁温度太高造成危险。现有技术中，通常将反应器壁做成夹套结构，通过在夹套中通入冷却流体进行换热，一方面起到冷却器壁的作用，另一方面将冷却流体携带的热量生产蒸汽或预热其他物料等进行热量的综合利用。这种技术需要将设备加工成夹套结构，还要配套附属的设施将换取的热量综合利用，无疑大大增加了设备成本。另一种技术是在反应器内壁表面涂覆反射性涂层或设置反射屏，通过热量反射提高热量的利用率。这种技术往往也需将反应器做成双层结构，而且反射性涂层或反射屏多由贵重金属制备而成，例如银、金等，其涂覆工艺复杂、成本更高。因此仍需一种简单、便宜的装置或部件，既能综合利用化学气相沉积反应器的热量，又能隔绝热量传导，使得反应器外壁接近常温。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种适用于高温化学气相沉积反应器的隔热部件，具有简单、便宜的优点，既能综合利用化学气相沉积反应器的热量，又能隔绝热量传导，使得反应器外壁接近常温。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种石墨隔热装置，包括石墨内筒(4)，石墨内筒(4)包括两组以上的层级结构，每组层级结构包括两个以上的石墨本体(1)，所述石墨本体(1)的上端设有第一榫眼结构(3)，下端设有第一榫头结构(2)，石墨本体(1)的两侧壁分别设有第二榫眼结构(6)以及第二榫头结构(5)；左右相邻的石墨本体(1)通过首尾相连榫接形成层级结构，层级结构之间通过上下相邻的石墨本体(1)榫接。

所述石墨本体具有相互配合的斜度。所述石墨内筒为圆筒状。

所述石墨内筒最下端的石墨本体的下端不具有第一榫头结构。

所述石墨内筒最上端的石墨本体的上端不具有第一榫眼结构。

所述石墨内筒可通过石墨螺钉固定在需要隔热的反应器的壳体上。

所述第一榫头结构、第二榫头结构、第一榫眼结构和第二榫眼结构为梯形、三角形、楔形、半圆形或W形。

本发明还公开了一种具有石墨隔热装置的CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积)反应器，所述CVD反应器包括石墨隔热装置。

有益效果：本实用新型的石墨隔热装置，有助于高温化学气相沉积反应器中的热能利用，避免引用反射屏或大量的冷却水来降低内壁热量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为石墨本体垂直剖面图。

图2为石墨本体拼接后的示意图。

图3为圆筒状石墨内筒垂直剖面示意图。

图4为圆筒状石墨内筒示意图。

图5为圆筒状石墨内筒俯视图。

图6为具有石墨隔热装置的CVD反应器示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作详细说明。

实施例1：

图1为石墨本体1，所述石墨本体的下端具有第一榫头结构2，所述石墨本体的上端具有与第一榫头结构2相配合的第一榫眼结构3。可以理解的是，位于最上端或最下端的部件的一端无需具有榫头或榫眼结构。通过多块石墨本体上下拼接，可以拼装出高度很高的石墨板体，即层级结构，石墨本体1通过首尾相连形成层级结构，层级结构之间通过石墨本体1的上端和下端连接。在实际应用过程中，为增加石墨本体的稳固性，可通过石墨螺钉将其固定在反应器壳体上。

图2为石墨本体拼接后的示意图，所述石墨本体的两侧具有第二榫头结构5以及与第二榫头结构5相配合的第二榫眼结构6。因为所述石墨本体具有一定的厚度，将石墨本体1首端的第二榫头结构5与其首端相邻的石墨本体尾端的第二榫眼结构6榫接，将石墨本体1尾端的第二榫眼结构6与其尾端相邻的石墨本体首端的第二榫头结构5榫接，即可形成层级结构，层级结构之间通过上下相邻的石墨本体1榫接，即将石墨本体1下端的第一榫头结构2与其下端相邻的石墨本体上端的第一榫眼结构1榫接，将石墨本体1上端的第一榫眼结构2与其上端相邻的石墨本体下端的第一榫头结构1榫接，最终石墨本体会拼接形成一个圆筒状的石墨筒，可以理解的是，石墨筒的内壁圆周周长小于石墨筒外壁的圆周周长，因此靠近反应器内部的一端长度略小于远离反应器内部的一端，具体长度关系根据不同的厚度即可唯一确定。此外，两个端面具有一定的相互配合的斜度(因为石墨本体具有一定厚度才能起到隔热的目的，通常8-25cm厚。而由石墨本体构成的石墨隔热装置内径小于外径，所以左右连接的榫头具有相互配合的斜度。通常，外径比内径大5％-20％，比例越小使用的石墨本体块数就越多，构成的石墨筒体就越接近圆形；相反，比例越大，使用的石墨本体块数就越少，石墨筒体越接近多边形。实际使用时，外径比内径大12.5％)，使得彼此左右拼接时能拼装成一个圆筒形。

如图3和图4所示，本实用新型的石墨本体通过榫接组装成圆筒状石墨内筒4，可以紧贴在反应器壳体内壁，形成一层绝热层，图5为圆筒状石墨内筒4的俯视图，有效隔绝反应器内部的热量传导至器壁，避免了热量损失；同时，由于绝热使得反应器外壁温度接近常温，有效保障了安全。例如气相温度为1100℃的化学气相沉积反应器中，内壁温度通常高于150℃，若不采取夹套等措施，则外壁温度也接近150℃，存在安全隐患。通过在反应器的不锈钢壳体内部加设一层本实用新型的石墨本体，使得外壁温度达到20-30℃的常温水平。并且，由于这层石墨本体的绝热作用，气相空间的绝大多数热量被充分利用，有效减少了能耗，一定程度上降低了成本。

所述第一榫头结构2、第二榫头结构5、第一榫眼结构3和第二榫眼结构6可以是常见的梯形、三角形、楔形、半圆形、W形等。

如图6所示，一种具有石墨隔热装置的CVD反应器7，由所述石墨本体通过榫接组装成圆筒状石墨内筒4，石墨内筒4紧贴在反应器壳体8内壁，形成一层隔热层。通过若干个石墨螺钉9将石墨内筒4固定在反应器壳体8上，保证石墨内筒4的稳固性。例如，在制备多晶硅的还原炉中，将水冷夹套结构换成本实用新型的隔热装置，通过增加一层石墨内筒可以有效起到隔热的作用，充分利用反应器的热量。

在实际的工作期间，将洁净的圆筒状石墨内筒放置到化学气相沉积反应器中，密闭反应器，抽真空至反应条件，加热升温至反应温度，通入反应气体开始发生化学气相沉积反应，沉积一段时间后，得到目标厚度的碳化硅涂层，按预定温度梯度降温，通入氮气置换，冷却至室温后得到带有碳化硅涂层的石墨复合材料。

本实用新型提供了一种石墨隔热装置及具有石墨隔热装置的CVD反应器，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。