一种化学气相沉积炉用气体分配装置的制作方法

本发明涉及化学气相沉积，具体是一种化学气相沉积炉用气体分配装置。

背景技术：

1、目前，国内外制备碳/碳复合材料的主流方法为化学气相沉积(cvd)工艺。该方法具有工艺简单、产品性能稳定、产品不受几何形状限制、适用于工业化规模生产等优点。为便于结构设计，该工艺使用的化学气相沉积炉的进气口一般设计在炉体底部，碳源气体从炉体底部进入炉膛后首先与下层的碳/碳复合材料预制体接触，一部分碳源气体热解沉碳后发生损耗，同时生成大分子的气体副产物，随着碳源气体继续向上扩散热解，大分子气体副产物不断增多，而新鲜碳源气体的浓度逐渐降低，使得炉膛内自下而上放置的碳/碳复合材料预制体接触到新鲜碳源气体的浓度不一致，造成其增密速率差异较大，尤其是对于碳/碳复合材料板材、型材等制件一次沉积增密合格率较低，需要多次出炉调整制件位置后继续补沉积，从而延长了生产周期，增加了生产成本。

2、为解决该问题，一种方法是在化学气相沉积炉的中间等位置增加了进气口的数量，以此来提高碳源气体在炉膛内浓度的均匀性。但是该方式增加了设备设计的复杂程度和制造难度，导致设备造价提高，且设备故障率增多。另一种方法是不改变设备结构，通过炉内工装设计来提高碳源气体在炉膛内浓度的均匀性，在cn201110433814.0的发明创造中公开了一种多沉积室cvi致密炭/炭坩埚的装置及方法,该装置由多个沉积室及分别插入每个沉积室的进气管组成。该发明使每层沉积室内的塌预制体都能够接触到新鲜的碳源气体，一定程度上改善了每层坩埚预制体在炉内纵向上增密速率差异大的缺点。但是由于该装置设置在每层沉积室内的进气管只有一个，且该进气管未设置在每层沉积室的中心部位，造成新鲜的碳源气体在每层沉积室内扩散不均匀因此塌预制体增密速率一致性改善的效果有限。

技术实现思路

1、为克服现有技术中存在的化学气相沉积炉炉膛内气体浓度不均，从而导致炉内碳/碳复合材料预制体增密速率不一致的不足，本发明提出了一种化学气相沉积炉用气体分配装置。

2、本发明包括预热器、承料板、支撑柱和导气管，其中所述承料板包括下承料板、中承料板和上承料板；所述导气管包括下导气管和上导气管。所述预热器上表面安放有下承料板；在该下承料板上表面的圆周边缘处均布有支撑柱。所述中承料板位于该下承料板的上方，并套装在各支撑柱的中部。所述上承料板位于该中承料板的上方，并套装在各支撑柱的顶部。通过所述下承料板、中承料板和上承料板将炉膛分为下沉积区域、中沉积区域和上沉积区域，分别用于预制体的叠放沉积。

3、在所述各承料板上有多个导气孔，并使所述多个导气孔均分为两圈，各圈的导气孔均布在所在的圆周上；分别位于外圈的导气孔与内圈的导气孔在所在承料板的径向交错排布。所述导气孔的孔径为70～100mm。

4、在位于炉膛下沉积区域的下承料板上1/4～2/3的导气孔上安装有下导气管，并使各下导气管的上端分别于所述中承料板对应位置导气孔连通，将气体导入炉膛的中沉积区域和上沉积区域。

5、连通所述下承料板与中承料板的各下导气管均分为两组，每组的数量为偶数。所述两组下导气管的下端分别插装在位于该下承料板的外缘的导气孔内和位于该下承料板的内缘的导气孔内。

6、各组下导气管在该下承料板上两两对称分布，并使分别位于内缘的下导气管和位于外缘的下导气管之间交错排布。

7、所述导气管中，位于炉膛上沉积区域的中承料板上1/12～1/3的导气孔上安装有上导气管，并使各上导气管的下端分别与所述中承料板对应位置的导气孔插装连通，各上导气管的上端分别与上承料板插装连通将气体导入炉膛的上沉积区域。

8、所述连通中承料板与上承料板的各上导气管均分为两组，每组的数量为偶数。所述两组上导气管的下端分别插装在位于该中承料板的外缘的导气孔内和位于该中承料板的内缘的导气孔内。

9、各组上导气管在该中承料板上两两对称分布，并使分别位于内缘的上导气管和位于外缘的上导气管之间交错排布。

10、沉积时，将多个预制体分别叠放在所述下承料板、中承料板和上承料板的上表面。在叠放所述产品时，需避让开所在承料板说的导气孔和支撑柱安装孔，且相邻预制体之间有5～10mm的间隙。

11、各所述承料板圆周上均布有支撑柱安装孔。在所述中承料板和上承料板表面分布有多个通气孔；该通气孔的孔径为30mm，各相邻两个通气孔之间的中心距为150mm，用于气体自下而上的反应扩散。

12、与现有技术相比较，本发明取得的有益效果是：

13、本发明通过下承料板3、中承料板4和上承料板11将炉膛分为下、中、上三个沉积区域。位于炉膛下部区域的下承料板和位于炉膛中部区域的中承料板上按一定排列安装有对应数量的下导气管和上导气管。碳源气体通过预热器1后，1/3～3/4的碳源气体直接通过下承料板上未安装下导气管的导气孔进入炉下部区域进行扩散沉碳；1/4～2/3的碳源气体继续通过下导气管流经中承料板4，其中，1/6～1/3的碳源气体直接通过中承料板上未安装上导气管的导气孔进入炉中部区城进行扩散沉碳；最后剩余的1/12～1/3碳源气体继续通过上导气管进入炉膛上部区域进行扩散沉碳。具体操作过程中，可以根据产品规格、数量、装炉方式和炉膛大小等因素，通过在下承料板和中承料板上安装相应数量的导气管来调控进入炉膛下沉积区域、中沉积区域和上沉积区域碳源气体的比例，补充碳源气体向上扩散热解过程中造成的损耗，减小碳源气体在炉膛内各区域的浓度差，进而提高了产品增密速率的-致性，生产周期缩短15％以上。

技术特征：

1.一种化学气相沉积炉用气体分配装置，其特征在于，包括预热器(1)、承料板、支撑柱(2)和导气管，其中所述承料板包括下承料板(3)、中承料板(4)和上承料板(11)；所述导气管包括下导气管(5)和上导气管(10)；所述预热器(1)上表面安放有下承料板(3)；在该下承料板上表面的圆周边缘处均布有支撑柱；所述中承料板位于该下承料板的上方，并套装在各支撑柱的中部；所述上承料板位于该中承料板的上方，并套装在各支撑柱的顶部；通过所述下承料板、中承料板和上承料板将炉膛分为下沉积区域、中沉积区域和上沉积区域，分别用于预制体(9)的叠放沉积；

2.如权利要求1所述化学气相沉积炉用气体分配装置，其特征在于，在位于炉膛下沉积区域的下承料板(3)上1/4～2/3的导气孔(6)上安装有下导气管(5)，并使各下导气管的上端分别于所述中承料板(4)对应位置导气孔连通，将气体导入炉膛的中沉积区域和上沉积区域；

3.如权利要求2所述化学气相沉积炉用气体分配装置，其特征在于，各组下导气管在该下承料板上两两对称分布，并使分别位于内缘的下导气管和位于外缘的下导气管之间交错排布。

4.如权利要求1所述化学气相沉积炉用气体分配装置，其特征在于，所述导气管中，位于炉膛上沉积区域的中承料板(4)上1/12～1/3的导气孔(6)上安装有上导气管(10)，并使各上导气管的下端分别与所述中承料板(4)对应位置的导气孔插装连通，各上导气管的上端分别与上承料板(11)插装连通将气体导入炉膛的上沉积区域；

5.如权利要求4所述化学气相沉积炉用气体分配装置，其特征在于，各组上导气管在该中承料板上两两对称分布，并使分别位于内缘的上导气管和位于外缘的上导气管之间交错排布。

6.如权利要求1所述化学气相沉积炉用气体分配装置，其特征在于，沉积时，将多个预制体(9)分别叠放在所述下承料板(3)、中承料板(4)和上承料板(11)的上表面；在叠放所述产品时，需避让开所在承料板说的导气孔(6)和支撑柱安装孔(8)，且相邻预制体之间有5～10mm的间隙。

7.如权利要求1所述化学气相沉积炉用气体分配装置，其特征在于，各所述承料板圆周上均布有支撑柱安装孔(8)；在所述中承料板(4)和上承料板(11)表面分布有多个通气孔(7)；该通气孔的孔径为30mm，各相邻两个通气孔之间的中心距为150mm，用于气体自下而上的反应扩散。

技术总结一种化学气相沉积炉用气体分配装置，通过下承料板、中承料板和上承料板将炉膛分为下、中、上三个沉积区域。炉膛下部的下承料板和炉膛中部的中承料板上有多个下导气管和上导气管，使1/3～3/4碳源气体通过下承料板上导气孔进入下部区域；1/4～2/3的碳源气体通过下导气管至中承料板，其中，1/6～1/3碳源气体通过中承料板上的导气孔进入中沉积区城；剩余的1/12～1/3碳源气体通过上导气管进入上沉积区域。本发明可根据产品规格、数量、装炉方式和炉膛大小，调整安装在下承料板和中承料板上导气管的数量以调控进入炉膛各沉积区域中碳源气体的比例，补充碳源气体向上扩散热解过程中造成的损耗，减小碳源气体在各区域的浓度差，提高了产品增密速率的一致性，缩短生产周期15％以上。技术研发人员：施伟伟,王晓燕,王敏,任金伟,周蕊,李娜受保护的技术使用者：西安航空制动科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2