氮化铝陶瓷高温氢气烧结炉的制作方法

本实用新型属烧结炉技术领域，具体涉及一种氮化铝陶瓷高温氢气烧结炉。

背景技术：

氮化铝陶瓷高温烧结炉被广泛的应用于氮化铝陶瓷基板的烧结，氮化铝陶瓷具有优良的热传导性、可靠的电绝缘性、低的介电常数和介电损耗，综合性能优良，非常适应于半导体基片和结构封装材料，广泛的应用于LED、传感器、功率半导体领域。现有的氮化铝烧结多采用石墨炉，采用石墨做发热体、石墨碳毡做保温炉衬，此烧结炉结构，石墨高温下挥发极大，严重的影响氮化铝基板的品质，污染夹渣严重。另一种技术采用进口的钟罩立式高温烧结炉，结构设计不合理，温场均温性差，温区高度方向上下两个端头温差极大，底部温度过高、顶部温度过低，只有中间一小部分可以烧出合格产品。设备有效利用空间极小、无功损耗过大，制约了产能的发挥。同时进出氢气通道设计不合理，导致炉内挥发极大，氮化铝附着在金属隔热屏和炉体内壁上，降低了金属隔热屏的隔热性能，屏变形量大，漏热严重，严重影响设备均温性能。因此有必要提出改进。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题：提供一种氮化铝陶瓷高温氢气烧结炉，本实用新型低挥发型炉衬采用全金属钨钼材料制成，钨钼材料的饱和蒸气压高，高温下挥发量极低，不会对炉内氮化铝物料造成污染，有效提高氮化铝基板的品质；均温型加热器包括主加热器及设于炉内顶部和底部设置顶部辅助加热器和底部辅助加热器，用于补偿炉胆内两端头的热损耗，保证设备均温性要求，使设备均温性可以达到±5°；采用上进下出的氢气进出通道结构，能够及时带走氮化铝挥发物，避免氮化铝附着在金属隔热屏和炉体内壁上而降低金属隔热屏的隔热性能，防止隔热屏变形量大、漏热严重、影响设备均温性等问题。

本实用新型采用的技术方案：氮化铝陶瓷高温氢气烧结炉，包括炉体，所述炉体上口通过上炉盖盖合，所述炉体下口通过可上下升降的活动炉底盖合，所述活动炉底通过固定于地基上的平台升降传动系统实现上下升降，所述炉体内部设有防止对炉内氮化铝物料造成污染的低挥发型炉衬，所述低挥发型炉衬内部设有能够保持炉内温度均衡的均温型加热器，所述上炉盖上设有上进气通道，所述活动炉底上设有下出气通道，所述上进气通道和下出气通道形成上进下出的氢气进出通道结构。

对上述技术方案的进一步限定，所述低挥发型炉衬包括设于炉体内侧面一周的侧隔热屏、固定于上炉盖内侧的顶部隔热屏和固定于活动炉底内侧的底部隔热屏，所述炉体内表面设有对侧隔热屏进行定位的侧屏定位装置，所述侧隔热屏、顶部隔热屏和底部隔热屏均采用全金属钨钼材料制成。

对上述技术方案的进一步限定，所述侧隔热屏主要是由多个套合在一起的单侧屏组成，所述套合在一起的多个单侧屏外上部设有侧屏支架，所述多个单侧屏通过侧屏支撑柱与侧屏支架固定连接，相邻两个所述单侧屏之间设有侧屏隔柱组件，所述侧隔热屏内外表面上均设有侧屏横筋，所述侧隔热屏内表面下部设有侧屏定型环；所述顶部隔热屏包括多个顶部单屏片，所述多个顶部单屏片通过上螺栓组件固定在顶屏支撑板上；所述底部隔热屏包括多个底部单屏片，所述多个底部单屏片通过下螺栓组件固定在底屏支撑板上。

对上述技术方案的进一步限定，所述均温型加热器包括设于低挥发型炉衬内侧部一周的主加热器、设于低挥发型炉衬内上部的顶部辅助加热器和设于低挥发型炉衬内下部的底部辅助加热器；所述主加热器内侧设有主加热控温热偶和检测热偶，所述上炉盖上设有主加热引出电极；所述顶部辅助加热器通过穿过顶部隔热屏的连接件与上炉盖连接，所述上炉盖上设有顶部加热控温热偶和顶部加热引出电极；所述底部辅助加热器通过穿过底部隔热屏的连接件与活动炉底固定连接，所述活动炉底上设有底部控温热偶和底部加热引出电极。

对上述技术方案的进一步限定，所述主加热器采用钨板材料制成，所述顶部辅助加热器和底部辅助加热器均采用钨杆材料制成。

对上述技术方案的进一步限定，所述顶部隔热屏上设有进氢通道，所述顶部隔热屏上部外沿设有挡氢环。

对上述技术方案的进一步限定，所述上进气通道外端与气源控制柜连接，所述气源控制柜内设有氢气控制气路和氮气控制气路，所述氢气控制气路上设有氢气控制主阀门和氢气检测流量计，所述氮气控制气路上设有氮气控制主阀门和氮气检测流量计，所述氢气控制气路和氮气控制气路出口端接合后通过不锈钢管与上进气通道进口端连接；所述下出气通道出口端通过波纹管与点火装置连接。

本实用新型与现有技术相比的优点：

1、本方案中低挥发型炉衬采用全金属钨钼材料制成，钨钼材料的饱和蒸气压高，高温下挥发量极低，不会对炉内氮化铝物料造成污染，有效提高氮化铝基板的品质；

2、本方案中在低挥发型炉衬内部设有能够保持炉内温度均衡的均温型加热器，均温型加热器的主加热器采用钨板材料制成，钨板表面负荷高，承载功率大，提高高温下抗变形能力，延长加热体使用寿命；并且在炉内顶部和底部设置顶部辅助加热器和底部辅助加热器，用于补偿炉胆内两端头的热损耗，保证设备均温性要求，使设备均温性可以达到±5°，设备有效利用空间大、无功损耗小；

3、本方案中采用上进气通道和下出气通道形成上进下出的氢气进出通道结构，能够及时带走氮化铝挥发物，避免氮化铝附着在金属隔热屏和炉体内壁上而降低金属隔热屏的隔热性能，防止隔热屏变形量大、漏热严重、影响设备均温性等问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中侧隔热屏的结构示意图；

图3为本实用新型中顶部隔热屏的结构示意图；

图4为本实用新型中底部隔热屏的结构示意图；

图5为本实用新型中主加热器的结构主视图；

图6为本实用新型中主加热器的结构俯视图；

图7为本实用新型中气源控制柜的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图1-7，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于已给出的实施例，本领域普通技术人员在未做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

氮化铝陶瓷高温氢气烧结炉，如图1所示，包括炉体1，所述炉体1上口通过上炉盖7盖合，所述炉体1下口通过可上下升降的活动炉底2盖合，所述炉体1内部设有防止对炉内氮化铝物料造成污染的低挥发型炉衬3，具体的，所述低挥发型炉衬3包括设于炉体1内侧面一周的侧隔热屏4、固定于上炉盖7内侧的顶部隔热屏5和固定于活动炉底2内侧的底部隔热屏6，所述炉体1内表面设有对侧隔热屏4进行定位的侧屏定位装置17，所述侧隔热屏4、顶部隔热屏5和底部隔热屏6均采用全金属钨钼材料制成，钨钼材料的饱和蒸气压高，高温下挥发量极低，不会对炉内氮化铝物料造成污染，有效提高氮化铝基板的品质。

如图2所示，所述侧隔热屏4主要是由多个套合在一起的单侧屏401组成，所述套合在一起的多个单侧屏401外上部设有侧屏支架402，所述多个单侧屏401通过侧屏支撑柱403与侧屏支架402固定连接，相邻两个所述单侧屏401之间设有侧屏隔柱组件404，单片侧屏的膨胀不受约束，可有效的消除热变形；所述侧隔热屏4内外表面上均设有侧屏横筋405，所述侧隔热屏4内表面下部设有侧屏定型环406，能够整体提高刚性，提高屏的抗变形能力。如图3所示，所述顶部隔热屏5包括多个顶部单屏片501，所述多个顶部单屏片501通过上螺栓组件502固定在顶屏支撑板503上；如图4所示，所述底部隔热屏6包括多个底部单屏片601，所述多个底部单屏片601通过下螺栓组件602固定在底屏支撑板603上。

所述低挥发型炉衬3内部设有能够保持炉内温度均衡的均温型加热器16，具体的，如图1所示，所述均温型加热器16包括设于低挥发型炉衬3内侧部一周的主加热器8、设于低挥发型炉衬3内上部的顶部辅助加热器10和设于低挥发型炉衬3内下部的底部辅助加热器9；所述主加热器8内侧设有主加热控温热偶14和检测热偶15，所述上炉盖7上设有主加热引出电极11；所述顶部辅助加热器10通过穿过顶部隔热屏5的连接件与上炉盖7连接，所述上炉盖7上设有顶部加热控温热偶13和顶部加热引出电极12；所述底部辅助加热器9通过穿过底部隔热屏6的连接件与活动炉底2固定连接，所述活动炉底2上设有底部控温热偶18和底部加热引出电极19。优选的，所述主加热器8采用钨板材料制成，所述顶部辅助加热器10和底部辅助加热器9均采用钨杆材料制成，钨板表面负荷高，承载功率大延长加热体使用寿命，如图5和6所示，钨板设计有加强筋结构，提高高温下抗变形能力。本实用新型结合主加热器8，在炉内顶部和底部设置顶部辅助加热器10和底部辅助加热器9，用于补偿炉胆内两端头的热损耗，保证设备均温性要求，使设备均温性可以达到±5°，设备有效利用空间大、无功损耗小。

如图1所示，所述上炉盖7上设有上进气通道20，所述活动炉底2上设有下出气通道23，所述上进气通道20和下出气通道23形成上进下出的氢气进出通道结构，这种结构能够及时带走炉内氮化铝挥发物，避免氮化铝扶着在金属隔热屏和炉体内壁上而降低金属隔热屏的隔热性能，防止隔热屏变形量大、漏热严重、影响设备均温性等问题。所述顶部隔热屏5上设有进氢通道21，所述顶部隔热屏5上部外沿设有挡氢环22，强制让氢气通过进氢通道21直通炉内；所述下出气通道23上设有夹套式冷却，出设备后的氢气进行点燃处理。

所述上进气通道20外端与气源控制柜25连接，如图7所示，所述气源控制柜25内设有氢气控制气路26和氮气控制气路29，所述氢气控制气路26和氮气控制气路29的气源进口装过滤器，确保工作可靠，不出故障。所述氢气控制气路26上设有氢气控制主阀门28和氢气检测流量计27，所述氮气控制气路29上设有氮气控制主阀门31和氮气检测流量计30，所述两个气路的主阀门两端并联必要的手动阀门，当两个主阀门出现故障时使用，流量计供检查和调节各路气体流量使用。所述氢气控制气路26和氮气控制气路29出口端接合后通过不锈钢管32与上进气通道20进口端连接，氢气进入炉室之前的钢管外缠绕云母加热带，对氢气进行加热，防止对炉内热区的冲击。所述下出气通道23出口端通过波纹管33与点火装置34连接。

为保证工件在升降中平稳，如图1所示，所述活动炉底2通过固定于地基上的平台升降传动系统24实现上下升降，平台升降传动系统24采用电机经减速后带动主轴正反向旋转，通过换向箱分别带动四根滚珠丝杠正反转，丝杠螺母传动副使导向定位机构沿导轨上下运动，带动活动炉底2上升下降，在导向定位机构上安装有四个缓冲弹簧及锥形定位机构，保证定位准确以及密封可靠，在固定导轨安装有限位开关，起上、下限位安全及联锁保护，由于四根丝杠独立固定，因而整个升降机构运行平稳可靠、互不干涉。对活动炉底2采用升降式结构，减少了中间横梁的同时加高了炉子平台，可以让操作工人在装出炉时有更大的空间，从炉子的三个侧面都可以非常方便的装炉，整个平台升降传动系统24运行平稳可靠。在活动炉底2下部带有四个轮子,当平台升降传动系统24降到使车轮接触轨道并到达下限位时,可将活动炉底2及零件沿轨道一同手动移出炉子底部，供以后维护检修时使用。

本氢气烧结炉的安全保障措施：由于本炉使用氢气作为工作气体，故安全保障措施极为重要，所以设有以下几点必要的安全保障措施：

⑴配有先抽空再充氮最后充氢装置，可保证炉内气体体积混合比远远低于爆炸极限；

⑵在炉顶配有超压自动泄压装置，确保安全；

⑶设备的氢气泄漏量确保满足国家标准。

⑷对安全有关的阀门及控制元件选用质量好的品牌，保证工作可靠。

⑸配有程序动作和报警系统，当出现非正常状态时，发出声光报警，并采取自动保护措施，以保证设备和人身的安全。

上述实施例，只是本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型实施范围，故凡以本实用新型权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本实用新型权利要求范围之内。