專利名稱：大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐。
背景技術(shù)：
真空化學(xué)氣相沉積是一種被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)新型材料(如碳-碳復(fù)合材料)的工 藝方法。由于這種工藝方法自身的特點，對于沉積爐有特殊的要求，普通的沉積爐或真空爐 均無法滿足其要求。目前，已有能夠基本滿足小尺寸材料或制品進(jìn)行真空化學(xué)氣相沉積的沉積爐。隨 著社會的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，航天、航空、交通等諸多領(lǐng)域?qū)瘜W(xué)氣相沉積材料有了更高的 要求，材料或制品的尺寸在向大型化發(fā)展。由于存在爐內(nèi)溫度均勻性、氣相沉積均勻性、焦 油收集和處理、裝卸料以及設(shè)備運(yùn)行可靠性等技術(shù)難點，目前還沒有能滿足大型材料或制 品進(jìn)行真空化學(xué)氣相沉積的沉積爐。有些材料(如碳-碳復(fù)合材料)在沉積完成后還需進(jìn)行石墨化處理。目前一般是 分別在沉積爐內(nèi)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，在石墨化爐內(nèi)進(jìn)行石墨化處理。很顯然，這種方式存在 必須配備兩臺不同的設(shè)備，投資多，占地面積也大的缺點。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于大型材料或制品進(jìn)行真空化學(xué) 氣相沉積，并且爐內(nèi)氣相沉積均勻的大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐。為了解決上述問題，本實用新型提供的大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能 爐，包括爐殼、沉積室、沉積氣路系統(tǒng)、焦油收集處理系統(tǒng)、帶脈沖反吹功能的收塵過濾及風(fēng) 冷系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，所述的沉積氣路系統(tǒng)是在所述的沉積室的頂部均勻排布設(shè)有多個與混 合氣體供氣管路連接的喇叭形頂部進(jìn)氣管，在所述的沉積室的底部均勻排布設(shè)有多個與排 氣管路連接的喇叭形排氣管，所述的排氣管路的出口與所述的焦油收集處理系統(tǒng)連接。多個所述的喇叭形頂部進(jìn)氣管采用緊密相靠均勻排布設(shè)置在所述的沉積室的頂 部，多個所述的喇叭形排氣管采用緊密相靠均勻排布設(shè)置在所述的沉積室的底部。所述的喇叭形頂部進(jìn)氣管設(shè)有傾斜微螺旋槽。所述的沉積室的側(cè)壁設(shè)有至少一個與所述的供氣管路連接的喇叭形側(cè)壁進(jìn)氣管。所述的喇叭形側(cè)壁進(jìn)氣管內(nèi)設(shè)有傾斜微螺旋槽。每個所述的喇叭形頂部進(jìn)氣管均連接有可獨立調(diào)節(jié)和控制的調(diào)節(jié)閥。每個所述的喇叭形側(cè)壁進(jìn)氣管均連接有可獨立調(diào)節(jié)和控制的調(diào)節(jié)閥。與所述的喇叭形排氣管連接的每個所述的排氣管路上設(shè)有絕對壓力變送器和電 動調(diào)節(jié)閥。所述爐殼包括爐殼，在爐殼內(nèi)設(shè)有爐膽，在爐膽內(nèi)設(shè)有發(fā)熱體，在發(fā)熱體內(nèi)設(shè)有沉 積室，在爐殼上設(shè)有水冷電極。所述焦油收集處理系統(tǒng)包括焦油冷凝捕集罐，設(shè)在焦油冷凝捕集罐內(nèi)底部的冷卻盤管，與冷卻盤管相連的低溫冷卻循環(huán)泵。所述帶脈沖反吹功能的收塵過濾及風(fēng)冷系統(tǒng)包括散熱器、除塵器、高壓冷卻風(fēng)機(jī)、 管路、閥門和壓差檢測儀表組成。所述真空系統(tǒng)包括真空泵、真空閥門、過濾器、真空管路、設(shè)在所述爐殼上的抽真 空接口、設(shè)在焦油冷凝捕集罐上的抽真空進(jìn)氣口和出氣口。所述水冷系統(tǒng)包括管路，設(shè)在管路上的閥門、過濾器、壓力檢測儀表、流量傳感器。所述裝卸料車包括車架、液壓升降裝置、活動輥輪導(dǎo)軌、輔助支架、安裝于地面的 導(dǎo)軌。所述爐前變壓器置于爐殼頂部兩側(cè)。 所述電氣控制系統(tǒng)由電控柜、設(shè)在電控柜內(nèi)的電器元件、儀器儀表、設(shè)在所述爐殼 上的高低溫檢測自動轉(zhuǎn)換裝置(包括熱電偶、熱電偶移動裝置、雙比色紅外測溫儀)、設(shè)在 所述爐殼上的真空規(guī)管、壓力檢測儀表等組成。所述電控柜置于爐殼旁的適當(dāng)位置。電氣 控制對爐內(nèi)各個獨立的發(fā)熱區(qū)的溫度進(jìn)行檢測和PID調(diào)節(jié)，對各真空泵、風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，對 沉積室內(nèi)的壓力進(jìn)行檢測和PID調(diào)節(jié)，對沉積氣體的流量進(jìn)行檢測和PID調(diào)節(jié)。電氣控制 系統(tǒng)具有當(dāng)爐內(nèi)超溫、熱電偶斷偶、冷卻水欠壓和電動機(jī)過載時進(jìn)行聲光報警的功能。采用上述技術(shù)方案的大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐，與一般真空化 學(xué)氣相沉積爐和石墨化爐比較，本實用新型具有以下優(yōu)點1、爐膽和發(fā)熱體充分滿足大型材料或制品的加熱要求，爐內(nèi)溫度均勻性好。2、采用適用于大型化學(xué)氣相沉積爐的沉積氣路系統(tǒng)，充分滿足大型材料或制品的 氣相沉積要求，沉積室內(nèi)氣流場穩(wěn)定，氣相沉積均勻。3、焦油收集和處理效果好，清洗和維護(hù)方便。4、配備帶脈沖反吹功能的收塵過濾及風(fēng)冷系統(tǒng)，可有效收集爐內(nèi)的粉塵防止對環(huán) 境的污染，可快速冷卻爐內(nèi)物料提高生產(chǎn)效率，過濾裝置通過高壓氣體的脈沖反吹及時進(jìn) 行清掃，保證了系統(tǒng)連續(xù)可靠運(yùn)行。5、裝卸料車結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，運(yùn)行可靠，操作簡便，特別適用于大型材料或制 品的裝卸。6、自動化程度高，操作簡便，勞動強(qiáng)度低，運(yùn)行可靠。7、一爐多用，減少投資，減少占地面積。綜上所述，本實用新型是一種適用于大型材料或制品進(jìn)行真空化學(xué)氣相沉積，并 且爐內(nèi)溫度均勻、氣流場穩(wěn)定、氣相沉積均勻、焦油收集和處理效果較好、可快速冷卻物料 并收集爐內(nèi)粉塵、裝卸料方便、運(yùn)行可靠、操作簡單、維修成本低的大型真空化學(xué)氣相沉積 石墨化處理多功能爐。

圖1是本實用新型的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的縱截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型的沉積氣路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型的頂部進(jìn)氣管布置示意圖。圖5是本實用新型的排氣管布置示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步說明。參見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，爐殼17內(nèi)設(shè)有沉積室18，沉積室18的頂部緊密 相靠均勻排布設(shè)有12個分別與混合氣體供氣管路11連接的喇叭形頂部進(jìn)氣管2，喇叭形頂 部進(jìn)氣管2內(nèi)設(shè)有傾斜微螺旋槽19，在沉積室18的底部采用緊密相靠均勻排布設(shè)置有12 個與排氣管路8連接的喇叭形排氣管4。沉積室18的側(cè)壁設(shè)有4個與混合氣體供氣管路 11連接的喇叭形側(cè)壁進(jìn)氣管3，喇叭形側(cè)壁進(jìn)氣管3內(nèi)設(shè)有傾斜微螺旋槽19。玻璃轉(zhuǎn)子流 量計14和手動調(diào)節(jié)閥15通過第一供氣管路13與氣體混合罐16連接，玻璃轉(zhuǎn)子流量計14 的入口端通過第一供氣管路13與氣源(圖中未示出)相連，質(zhì)量流量計12的入口端通過 混合氣體供氣管路11與氣體混合罐16連接，質(zhì)量流量計12的出口端通過混合氣體供氣管 路11與電磁閥10的入口端連接，電磁閥10的出口端通過混合氣體供氣管路11分別與設(shè)在 爐殼17上的頂部進(jìn)氣接口 1和側(cè)部進(jìn)氣接口 9連接，電動調(diào)節(jié)閥6的入口端通過排氣管路 8與設(shè)在爐殼17上的排氣接口 5連接，電動調(diào)節(jié)閥6的出口端通過排氣管路8與沉積爐的 焦油捕集和處理裝置(圖中未示出)相連，排氣管路8上設(shè)有絕對壓力變送器7，設(shè)在沉積 室18頂部上的喇叭形頂部進(jìn)氣管2的入口端與設(shè)在爐殼17上的頂部進(jìn)氣接口 1連接，設(shè) 在沉積室18上的喇叭形側(cè)壁進(jìn)氣管3的入口端與設(shè)在爐殼17上的側(cè)部進(jìn)氣接口 9連接， 設(shè)在沉積室18上的喇叭形排氣管4的出口端與設(shè)在爐殼17上的排氣接口 5連接，爐殼17 連接有帶脈沖反吹功能的收塵過濾及風(fēng)冷系統(tǒng)20，排氣管路8的出口與焦油收集處理系統(tǒng) 21連接，焦油收集處理系統(tǒng)21連接有真空系統(tǒng)22。喇叭形頂部進(jìn)氣管2、喇叭形側(cè)壁進(jìn)氣管3和喇叭形排氣管4均采用石墨材料制造。氣體混合罐16采用不銹鋼制造。沉積氣路的各個進(jìn)氣和排氣回路均是可獨立調(diào)節(jié)和控制的。參見圖1和圖2，用所述裝卸料車(圖中未畫出)將工件裝載于爐殼17的沉積室 內(nèi)，將爐殼17內(nèi)抽至真空狀態(tài)，將爐內(nèi)加熱升溫至沉積工藝規(guī)定的溫度，通過爐殼17頂部 和側(cè)部的進(jìn)氣接口和設(shè)在爐殼17內(nèi)沉積室頂部的喇叭形頂部進(jìn)氣管2和側(cè)部的喇叭形側(cè) 壁進(jìn)氣管3，向沉積室18內(nèi)充入沉積氣體，沉積后的尾氣通過設(shè)在沉積室18底部的喇叭形 排氣管4及設(shè)在爐殼17底部的排氣接口，排放至焦油收集處理系統(tǒng)21，尾氣中的焦油在焦 油收集處理系統(tǒng)21的冷凝捕集罐內(nèi)被冷凝和收集，除去了焦油的氣體通過真空系統(tǒng)22的 過濾器過濾后由真空系統(tǒng)22的真空泵抽至室外。在加熱升溫過程中，爐溫較低時采用熱電偶檢測爐內(nèi)溫度，當(dāng)爐溫達(dá)到預(yù)先設(shè)置 的轉(zhuǎn)換溫度時，電氣控制系統(tǒng)(圖中未畫出)自動切換為采用雙比色紅外測溫儀檢測爐內(nèi) 溫度，并自動通過熱電偶移動裝置將熱電偶移出高溫區(qū)以保證熱電偶不被燒壞。在進(jìn)行化學(xué)氣相沉積過程中，通過調(diào)節(jié)沉積氣路系統(tǒng)的氣源供氣管路上的手動調(diào) 節(jié)閥15和玻璃轉(zhuǎn)子流量計14調(diào)節(jié)各種氣體的比例、各種氣體在沉積氣路系統(tǒng)的氣體混合 罐16內(nèi)混合。設(shè)在沉積氣路系統(tǒng)的質(zhì)量流量計12對進(jìn)入爐殼17的沉積室18內(nèi)的混合氣 體進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，保證氣體流量穩(wěn)定。設(shè)在沉積氣路系統(tǒng)的每個排氣管路8上的絕對壓力 變送器7檢測沉積室18內(nèi)各區(qū)域的壓力，由設(shè)在排氣管路8上的電動調(diào)節(jié)閥6對沉積室18內(nèi)的壓力進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，維持沉積室18內(nèi)各區(qū)域的壓力均等且恒定。在進(jìn)行高溫石墨化處理時，用保溫塞將沉積氣路系統(tǒng)的喇叭形頂部進(jìn)氣管2、喇叭 形側(cè)壁進(jìn)氣管3和喇叭形排氣管4封閉，提高保溫性能，降低能源消耗。在化學(xué)氣相沉積工藝過程或石墨化處理工藝過程結(jié)束后，可向爐殼17內(nèi)充入適 量的氬氣，然后啟動帶脈沖反吹功能的收塵過濾及風(fēng)冷系統(tǒng)20。氬氣與工件及爐膽等進(jìn)行 熱交換，在帶脈沖反吹功能的收塵過濾及風(fēng)冷系統(tǒng)20的高壓冷卻風(fēng)機(jī)的作用下，熱的氬氣 進(jìn)入帶脈沖反吹功能的收塵過濾及風(fēng)冷系統(tǒng)20的散熱器進(jìn)行熱交換，冷卻后的氬氣進(jìn)入 帶脈沖反吹功能的收塵過濾及風(fēng)冷系統(tǒng)20的除塵器、濾除了粉塵的氬氣通過高壓冷卻風(fēng) 機(jī)和管路返回爐殼17內(nèi)。如此循環(huán)，直至爐殼17內(nèi)被冷卻至適當(dāng)溫度并且粉塵被排凈。在 冷卻和除塵過程中，帶脈沖反吹功能的收塵過濾及風(fēng)冷系統(tǒng)20的壓差檢測儀表不斷檢測 除塵器的進(jìn)氣端和出氣端的壓力差，當(dāng)壓力差大于或等于預(yù)定值時電氣控制系統(tǒng)發(fā)出聲光 報警信號，提示操作者采用高壓氣體脈沖反吹的方法清除過濾器上已收集的粉塵。
權(quán)利要求1.一種大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐，包括爐殼(17)、沉積室(18)、沉 積氣路系統(tǒng)、焦油收集處理系統(tǒng)(21)、帶脈沖反吹功能的收塵過濾及風(fēng)冷系統(tǒng)00)和真空 系統(tǒng)(22)，其特征是所述的沉積氣路系統(tǒng)是在所述的沉積室(18)的頂部均勻排布設(shè)有多 個與混合氣體供氣管路(11)連接的喇叭形頂部進(jìn)氣管O)，在所述的沉積室(18)的底部均 勻排布設(shè)有多個與排氣管路(8)連接的喇叭形排氣管，所述的排氣管路(8)的出口與所 述的焦油收集處理系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐，其特征是多 個所述的喇叭形頂部進(jìn)氣管( 采用緊密相靠均勻排布設(shè)置在所述的沉積室(18)的頂部， 多個所述的喇叭形排氣管(4)采用緊密相靠均勻排布設(shè)置在所述的沉積室(18)的底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐，其特征是 所述的喇叭形頂部進(jìn)氣管( 設(shè)有傾斜微螺旋槽(19)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐，其特征是 所述的沉積室(18)的側(cè)壁設(shè)有至少一個與所述的供氣管路連接的喇叭形側(cè)壁進(jìn)氣管(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐，其特征是所 述的喇叭形側(cè)壁進(jìn)氣管(3)內(nèi)設(shè)有傾斜微螺旋槽(19)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于大型化學(xué)氣相沉積爐的沉積氣路系統(tǒng)，其特征是 每個所述的喇叭形頂部進(jìn)氣管( 均連接有可獨立調(diào)節(jié)和控制的調(diào)節(jié)閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐，其特征是每 個所述的喇叭形側(cè)壁進(jìn)氣管( 均連接有可獨立調(diào)節(jié)和控制的調(diào)節(jié)閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐，其特征是 與所述的喇叭形排氣管(4)連接的每個所述的排氣管路(8)上設(shè)有絕對壓力變送器(7)和 電動調(diào)節(jié)閥(6)。
專利摘要本實用新型公開了一種大型真空化學(xué)氣相沉積石墨化處理多功能爐，包括沉積氣路系統(tǒng)、焦油收集處理系統(tǒng)(21)、帶脈沖反吹功能的收塵過濾及風(fēng)冷系統(tǒng)(20)和真空系統(tǒng)(22)，沉積氣路系統(tǒng)是在沉積室(18)的頂部均勻排布設(shè)有多個與混合氣體供氣管路(11)連接的喇叭形頂部進(jìn)氣管(2)，在沉積室(18)的底部均勻排布設(shè)有多個與排氣管路(8)連接的喇叭形排氣管(4)，排氣管路(8)的出口與焦油收集處理系統(tǒng)(21)連接。本實用新型適用于大型材料或制品進(jìn)行真空化學(xué)氣相沉積，并且爐內(nèi)溫度均勻、氣流場穩(wěn)定、氣相沉積均勻、焦油收集和處理效果較好、可快速冷卻物料并收集爐內(nèi)粉塵、裝卸料方便、運(yùn)行可靠、操作簡單、維修成本低。
文檔編號C23C16/455GK201933151SQ201020687799
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者戴煜, 羊建高, 譚興龍 申請人:戴煜, 羊建高, 譚興龍