CN102560425B - 一种化学气相沉积炉 - Google Patents

Abstract

一种化学气相沉积炉，包括炉体，所述炉体内设有加热器，所述炉体底部设有进气管，所述炉体的内壁上设有与穿过炉壁的送气管相连的配气环，所述配气环上均匀配置有喷嘴。本发明结构布局合理，加工制造难度低，使用可靠性高；利用本发明制备用于人工晶体生长炉的炭/炭复合材料热场产品，可缩短工艺流程，提高生产效率；通过多点及多层次送气，可加强真空化学气相沉积炉内每个微区碳氢气体的浓度和沉积反应的均匀性，有效降低炉内产品沿径向方向和炉体轴向方向的密度偏差，提高产品增密过程的可操控性，进而提高产品质量。

Description

一种化学气相沉积炉

技术领域

本发明涉及一种化学气相沉积炉，特别是涉及一种制备用于人工晶体生长炉的炭/炭复合材料热场产品的化学气相沉积炉。

背景技术

炭/炭复合材料是碳纤维增强碳基体的一种高性能复合材料，具有强度高、耐腐蚀、惰性或保护气氛下使用温度达3000℃、可设计性强等特点，在晶体生长炉和多晶硅氢化炉热场材料方面已得到广泛应用。尤其是，随着炉型尺寸日益趋于大型化，炭/炭复合材料相比石墨材料更具有优势。

采用化学气相沉积/渗透（CVD/CVI）技术制备的炭/炭复合材料具有结构致密、微裂纹少、热解碳结构可控等特点。但是，由于采用该技术制备中高密度（1.0～1.8 g/cc）炭/炭热场产品周期长，生产成本高，因而在实际生产中，为了降低制造成本，一般采取提高批次装炉量的措施来弥补。传统立式CVD炉采用的是底部进气，碳氢气体以一定的流量、流速通入到沉积室底部，并在短时间内发生热解形成基体碳沉积于坯体内部或表面，其存在的缺陷是沿炉膛高度方向的碳氢气体浓度和反应程度由下至上逐步降低，显然，装炉量越大，CVD炉内碳氢气体在高度方向的浓度差异也越大，导致不同位置上产品的密度偏差严重，同时也给工艺设计带来困难。CN101759183 A公开了一种多晶硅还原炉，其多点多层面供气结构是将进气管从炉底部中心伸进炉腔，在伸进炉腔的管子的不同高度上布置多个喷气口，以有效改善原料混合气在炉内的均匀性，保证沉积硅棒的直径均匀，但该供气结构在布局设计上还存在不足，使得工艺流程较复杂，从而对生产效率造成不利影响；同时，同炉中炭/炭复合材料表观密度也还存在一定的差异，进而降低产品品质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能更好地降低同炉中炭/炭复合材料表观密度的差异，缩短工艺流程，提高生产效率和产品品质的化学气相沉积炉。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种化学气相沉积炉，包括炉体，所述炉体内设有加热器，所述炉体底部设有进气管，所述炉体的内壁上设有与穿过炉壁的送气管相连的配气环，所述配气环上均匀配置有喷嘴。

进一步，所述配气环的截面形状为长方形，所述配气环的内腔截面积大小为单个喷嘴内腔截面积大小的10~15倍。

进一步，所述炉体为双层水冷炉体。

进一步，所述配气环布置数量取决于炉体高度，每隔400～800mm布置一层。

进一步，所述喷嘴的数量与炉体内径有关，每100～400mm弧长布置一支喷嘴，喷嘴的伸出端与待加工产品的距离为10～100mm，喷嘴的内径为4～12mm。

进一步，所述炉体内部设有保温层，所述保温层紧贴于配气环。

进一步，所述喷嘴前端设有U形槽。

进一步，还设有稀释气体罐、碳氢气体罐、及与稀释气体罐和碳氢气体罐相连的混气罐，所述混气罐通过设有针型阀及气体流量计的管路分别与配气环和进气管相连。

进一步，所述喷嘴用高强石墨或炭/炭复合材料制成。

本发明结构布局合理，加工制造难度低，使用可靠性高；利用本发明制备用于人工晶体生长炉的炭/炭复合材料热场产品，通过多点及多层次送气，可加强真空化学气相沉积炉内每个微区碳氢气体的浓度和沉积反应的均匀性，有效降低炉内产品沿径向方向和炉体轴向方向的密度偏差，大大提高产品增密过程的可操控性，进而提高产品质量；此外，利用本发明制备炭/炭复合材料热场产品可缩短工艺流程，提高生产效率。

附图说明

 图1 为本发明实施例的结构示意图；

图2 为图1所示实施例的A-A剖视放大图；

图3 为图1所示实施例的上层配气环放大示意图；

图4 为图1所示实施例的喷嘴放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，本实施例包括双层水冷炉体1，所述双层水冷炉体1内设有加热器10，所述双层水冷炉体1底部设有进气管11，所述双层水冷炉体1内壁上设有与穿过双层水冷炉壁的送气管相连的上层配气环4-1和下层配气环4-2，所述上层配气环4-1与下层配气环4-2相隔600mm；所述上层配气环4-1和下层配气环4-2上都均匀配置有12个喷嘴3，如图2所示，所述喷嘴3的伸出端与待加工产品的距离为100mm，所述喷嘴3的内径为8mm。

所述双层水冷炉体1内部设有保温层2，所述保温层2紧贴于上层配气环4-1和下层配气环4-2。

参照图3，所述上层配气环4-1的截面形状为长方形，便于固定在炉体内壁上和安装喷嘴；所述上层配气环4-1内腔截面积大小为单个喷嘴内腔截面积大小的12倍，所述下层配气环4-2的结构与上层配气环4-1的结构相同。

参照图4，所述喷嘴3前端设有U形槽，所述U形槽可减少气流集中冲击坯体外表面而避免产生“回流”现象。

本实施例还设有稀释气体罐9、碳氢气体罐8、及与稀释气体罐和碳氢气体罐相连的混气罐7，所述混气罐7通过设有针型阀6及气体流量计5的管路分别与上层配气环4-1、下层配气环4-2及进气管11相连。

所述喷嘴3用炭/炭复合材料制成，当然，也可用其它材料制成，如石墨等。

下面以聚丙烯腈基炭纤维平纹布缠绕而成的圆筒状坯体为待加工产品、碳氢气体为经净化处理的丙烷及稀释气体为高纯氮气（纯度≥99.999%的氮气）来说明本实施例的工作过程：

首先分别设定稀释气体罐9中高纯氮气和碳氢气体罐8中丙烷的总流量为60L/min，按体积比为1:1的比例通入到混气罐7中均匀混合，再将所得混合气体分别通入到高度上相距600mm的上层配气环4-1、下层配气环4-2，经上层配气环4-1、下层配气环4-2的混合气体分别由12根沿圆周均布的喷嘴3导入到沉积室内，其中，进气量通过管路上的针型阀6和气体流量计5来调节，所述下层配气环4-2的进气量为40L/min，上层配气环4-1的进气量为20L/min。

  经80h化学气相沉积后，上、中、下筒的表观密度分别为1.05 g/cc、1.05 g/cc、1.1 g/cc。由此可知，本发明能更好地降低同炉中炭/炭复合材料表观密度的差异，从而提高产品质量。

  上述仅为本发明的具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1. 一种化学气相沉积炉，包括炉体，所述炉体内设有加热器，所述炉体底部设有进气管，其特征在于：所述炉体的内壁上设有与穿过炉壁的送气管相连的配气环，所述配气环上均匀配置有喷嘴；所述配气环的内腔截面积大小为单个喷嘴内腔截面积大小的10～15倍；所述炉体内部设有保温层，所述保温层紧贴于配气环；所述喷嘴前端设有U形槽；还设有稀释气体罐、碳氢气体罐及与稀释气体罐和碳氢气体罐相连的混气罐，所述混气罐通过设有针型阀及气体流量计的管路分别与配气环和进气管相连。

2.根据权利要求1所述的化学气相沉积炉，其特征在于：所述配气环的截面形状为长方形。

3.根据权利要求1或2所述的化学气相沉积炉，其特征在于：所述炉体为双层水冷炉体。

4.根据权利要求1或2所述的化学气相沉积炉，其特征在于：所述配气环每隔400～800mm布置一层。

5.根据权利要求1或2所述的化学气相沉积炉，其特征在于：所述喷嘴每隔100～400mm弧长布置一支，喷嘴的伸出端与待加工产品的距离为10～100mm，喷嘴的内径为4～12mm。

6.根据权利要求1或2所述的化学气相沉积炉，其特征在于：所述喷嘴用高强石墨或炭/炭复合材料制成。

Images