CN115747773A - 管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节装置和方法，该装置，包括炉体，所述炉体的底部设置有出气口；所述出气口呈阶梯孔状，出气口的小径孔段内固定装配有定盘，出气口的台阶处装配有动盘，所述定盘和动盘均开设有多个透气孔，所述动盘包括大盘体和小盘体；还包括控制器、用于驱动动盘旋转的旋转驱动模块、用于驱动旋转驱动模块升降的升降驱动模块以及用于出气口温度检测的温度传感器，所述旋转驱动模块、升降驱动模块以及温度传感器分别与控制器电连接。采用本申请的温度场实时调节装置和方法，实现了出气口温度场的精确调控，提高了产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及化学气相沉积技术领域，具体涉及一种管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节装置和方法。
背景技术
在C/C复合材料制备过程中，化学气相沉积(CVI)制备过程对工艺温度场的控制要求严格，沉积炉的沉积温度大多在900℃-1200℃之间，由于温度的迟滞性和这种带有气相沉积的复杂气氛条件下的热过程，实现温度场变化过程的精细化控制存在一些难点，单纯的控制热源的加热量，并不能有效的实时对温度场进行控制，再加上在沉积过程中有气体吸热放热过程和伴随气体热扩散沉积物的生成附着，会逐渐的改变热场的温度变化，这种改变会对沉积过程的工艺可执行性造成很大风险，从而影响产品质量性能，造成次品产生和产品报废。因此，在化学气相沉积工艺领域，温度场的控制至关重要，对温度场变化的有效控制可直接影响到材料制备质量或工艺稳定性和可执行性。
对于管式化学沉积炉而言，其出气口由于受气流冲刷和大量气体热扩散沉积物而改变保温层的保温性能，使得温度变化较大，这种过程是动态发生的过程，进而会影响整个温度场稳定性，对材料性能降低和工艺过程有重大的隐患，严重影响工艺顺利进行和材料性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节装置和方法，以便对管式化学气相沉积炉出气口的温度进行控制调节，从而改善工艺执行过程中温度场的调节和控制，更精密的控制温场的热流，更有效地保障材料制备工艺过程的安全稳定性和精细可调节性，进而有效提高工艺制备的精确度和产品质量的合格率。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节装置，包括炉体，所述炉体的底部设置有出气口；所述出气口呈阶梯孔状，出气口的小径孔段内固定装配有定盘，出气口的台阶处装配有动盘，所述定盘和动盘均开设有多个透气孔，所述动盘包括大盘体和小盘体；还包括控制器、用于驱动动盘旋转的旋转驱动模块、用于驱动旋转驱动模块升降的升降驱动模块以及用于出气口温度检测的温度传感器，所述旋转驱动模块、升降驱动模块以及温度传感器分别与控制器电连接，旋转驱动模块的输出端穿过大盘体且与大盘体竖向滑动配合，旋转驱动模块的输出端与大盘体之间通过键结构实现周向定位，旋转驱动模块的输出端与小盘体固定连接。
进一步，所述旋转驱动模块包括设置在炉体顶部的旋转电机以及竖向伸入炉体内的传动杆，所述传动杆的顶端与旋转电机的输出轴传动连接，底端与小盘体固定连接，传动杆穿过大盘体且与大盘体竖向滑动配合，传动杆与大盘体之间通过键结构实现周向定位。
进一步，所述大盘体与出气口的大径孔段之间存在间隙，所述小盘体与出气口的小径孔段匹配滑动配合。
进一步，所述传动杆包括冷却杆体和连接杆体，所述冷却杆体的顶端与旋转电机的输出轴传动连接，底端通过连接杆体与动盘连接；所述冷却杆体内开设有冷却腔，冷却杆体的侧壁开设有冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口和冷却水出口均与冷却腔连通。
进一步，所述冷却杆体与炉体顶部的装配处安装有密封件。
一种管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节方法，包括如下步骤：
S1：通过温度传感器实时测量出气口的温度，并将温度信号反馈给控制器；
S2：通过控制器将实时测量温度与预设的反应温度进行对比，当实时温度低于反应温度时，控制器给旋转驱动模块发出信号，旋转驱动模块驱动动盘旋转，降低动盘的透气孔与定盘的透气孔的重合度，减少透射面，进行升温；当升温效果仍不满足要求时，控制器给升降驱动模块发出信号，升降驱动模块驱动动盘的小盘体相对大盘体竖向移动，使小盘体和大盘体之间形成隔热屏式升温；当实时温度高于反应温度时，控制器给旋转驱动模块发出信号，旋转驱动模块驱动动盘旋转，提高动盘的透气孔与定盘的透气孔的重合度，增加透射面，进行降温。
本发明的有益效果：
1、这种调节装置可实时的对出气口温度和热场进行动态调节，是独立于主温度场控制的另一种控制方式；可应对化学气相过程中因沉积物导致的温场改变和强气流冲刷导致的温度改变。有效保障了化学气相沉积过程的工艺稳定性，进而保障了材料制备质量；
2、调节控制过程采用自动闭环设计，方便且有效；
3、采用透射面与隔热屏式结合的方式调节温度，提高了调节的精度和精细化程度。
4、实验表明，本装置的温度调节范围在高温段900-1100℃范围内的调节范围在0-80℃。对于化学气相沉积炉来说，这种调节方法对于热场稳定性是很大且有益的补偿。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明优选实施例的结构示意图；
图2是定盘或动盘的俯视图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1至图2所示，本发明实施公开了一种管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节装置，包括炉体1，所述炉体的底部设置有出气口2；所述出气口呈阶梯孔状，出气口的小径孔段内固定装配有定盘3，出气口的台阶处装配有动盘，所述定盘和动盘均开设有多个透气孔5；本实施例中，所述定盘和动盘均开设有四个透气孔，定盘和动盘的材料由低密度CVD毡和石墨纸叠加而成。
所述动盘包括大盘体401和小盘体402，所述大盘体与出气口的大径孔段之间存在间隙，所述小盘体与出气口的小径孔段匹配滑动配合。
还包括控制器14、用于驱动动盘旋转的旋转驱动模块13、用于驱动旋转驱动模块升降的升降驱动模块12以及用于出气口温度检测的温度传感器15，所述旋转驱动模块、升降驱动模块以及温度传感器分别与控制器电连接。具体来说，所述旋转驱动模块包括设置在炉体顶部的旋转电机以及竖向伸入炉体内的传动杆，所述传动杆的顶端与旋转电机的输出轴传动连接，底端与小盘体固定连接，传动杆穿过大盘体且与大盘体竖向滑动配合，传动杆与大盘体之间通过键结构实现周向定位；采用该种装配形式，一方面，确保了传动杆能带动大盘体和小盘体同步旋转，另一方面，传动杆升降时，能推动小盘体相对大盘体竖向移动。
所述传动杆包括冷却杆体7和连接杆体6，所述冷却杆体的顶端与旋转电机的输出轴传动连接，底端通过连接杆体与动盘连接；所述冷却杆体内开设有冷却腔10，冷却杆体的侧壁开设有冷却水进口9和冷却水出口11，所述冷却水进口和冷却水出口均与冷却腔连通，冷却杆体为铜制材料，导热性能好。在具体实施过程中，通过冷却杆体的升降(调节冷却杆体进入炉体内的长度)可以进一步调控炉体内的温度场；再者，调节冷却杆体的冷却水流速也可以调节炉体内的温度场。
所述冷却杆体与炉体顶部的装配处安装有密封件8，所述密封件采用耐高温硅胶体，表面涂抹油脂润滑，密封件能使冷却杆体与炉体顶部之间良好密封，并能满足冷却杆体旋转和上下移动的需求。
所述控制器包括温度显示模块和控制模块，通过温度显示模块接收温度传感器的温度信号并显示，通过控制模块对旋转驱动模块和升降驱动模块发出控制信号。
本实施例还公开了一种管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节方法，包括如下步骤：
S1：通过温度传感器实时测量出气口的温度，并将温度信号反馈给控制器；
S2：通过控制器将实时测量温度与预设的反应温度进行对比，当实时温度低于反应温度时，控制器给旋转驱动模块发出信号，旋转驱动模块驱动动盘旋转，降低动盘的透气孔与定盘的透气孔的重合度，减少透射面，进行升温；当升温效果仍不满足要求时，控制器给升降驱动模块发出信号，升降驱动模块驱动动盘的小盘体相对大盘体竖向移动，使小盘体和大盘体之间形成隔热屏式升温；当实时温度高于反应温度时，控制器给旋转驱动模块发出信号，旋转驱动模块驱动动盘旋转，提高动盘的透气孔与定盘的透气孔的重合度，增加透射面，进行降温。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节装置，包括炉体，所述炉体的底部设置有出气口；其特征在于：所述出气口呈阶梯孔状，出气口的小径孔段内固定装配有定盘，出气口的台阶处装配有动盘，所述定盘和动盘均开设有多个透气孔，所述动盘包括大盘体和小盘体；还包括控制器、用于驱动动盘旋转的旋转驱动模块、用于驱动旋转驱动模块升降的升降驱动模块以及用于出气口温度检测的温度传感器，所述旋转驱动模块、升降驱动模块以及温度传感器分别与控制器电连接，旋转驱动模块的输出端穿过大盘体且与大盘体竖向滑动配合，旋转驱动模块的输出端与大盘体之间通过键结构实现周向定位，旋转驱动模块的输出端与小盘体固定连接。
2.根据权利要求1所述的管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节装置，其特征在于：所述旋转驱动模块包括设置在炉体顶部的旋转电机以及竖向伸入炉体内的传动杆，所述传动杆的顶端与旋转电机的输出轴传动连接，底端与小盘体固定连接，传动杆穿过大盘体且与大盘体竖向滑动配合，传动杆与大盘体之间通过键结构实现周向定位。
3.根据权利要求2所述的管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节装置，其特征在于：所述大盘体与出气口的大径孔段之间存在间隙，所述小盘体与出气口的小径孔段匹配滑动配合。
4.根据权利要求3所述的管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节装置，其特征在于：所述传动杆包括冷却杆体和连接杆体，所述冷却杆体的顶端与旋转电机的输出轴传动连接，底端通过连接杆体与动盘连接；所述冷却杆体内开设有冷却腔，冷却杆体的侧壁开设有冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口和冷却水出口均与冷却腔连通。
5.根据权利要求4所述的管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节装置，其特征在于：所述冷却杆体与炉体顶部的装配处安装有密封件。
6.一种管式化学气相沉积炉出气口温度场实时调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：通过温度传感器实时测量出气口的温度，并将温度信号反馈给控制器；
S2：通过控制器将实时测量温度与预设的反应温度进行对比，当实时温度低于反应温度时，控制器给旋转驱动模块发出信号，旋转驱动模块驱动动盘旋转，降低动盘的透气孔与定盘的透气孔的重合度，减少透射面，进行升温；当升温效果仍不满足要求时，控制器给升降驱动模块发出信号，升降驱动模块驱动动盘的小盘体相对大盘体竖向移动，使小盘体和大盘体之间形成隔热屏式升温；当实时温度高于反应温度时，控制器给旋转驱动模块发出信号，旋转驱动模块驱动动盘旋转，提高动盘的透气孔与定盘的透气孔的重合度，增加透射面，进行降温。
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