專利名稱：一種大型環形氣相沉積爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及炭/炭復合材料氣相沉積設備技術領域，尤其涉及一種大型環形氣相沉積爐。
背景技術：
化學氣相沉積簡稱CVI (Chemical vapor infiltrtion )，是制造炭/炭復合材料的首選工藝方法，它是將炭纖維預制體置于專用的CVI爐內，加熱至要求溫度，通入氣態前驅體(碳氫化合物)，氣體分解后擴散至含有較大孔隙的預制體中，將碳沉積在炭纖維周圍和孔隙中，使預制體致密化，最終形成炭/炭復合材料。根據CVI工藝過程中溫度與壓力控制及氣體流向，可將其分為等溫法、壓差法和熱梯度法等。由于工藝方法不同，所用CVI 爐也不完全相同。對應于上述三種工藝方法也有三種不同的沉積爐型，即等溫法CVI爐、壓差法CVI爐和熱梯度法CVI爐。目前，炭/炭復合材料生產領域，上述三種沉積爐型，其爐膛型式基本都是圓筒形爐膛，即在爐體內設有一個圓筒形加熱筒。如中頻感應CVI爐、炭管CVI爐、雙真空CVI爐等。相對沉積效果較好的是中頻感應CVI爐，但由于受感應圈加工困難的限制，無法滿足大型炭/炭復合材料產品需要；單料柱或多料柱炭管CVI爐，其現有爐膛尺寸還較小，只能沉積小型炭/炭產品；雙真空CVI爐雖然能滿足大型炭/炭復合材料產品需要，但由于其爐膛尺寸大，爐子升溫時間長，徑向溫差也大，并且不易滿載生產，從而造成爐膛空間浪費，增加沉積成本。

實用新型內容本實用新型針對現有技術的不足，提供一種大型環形氣相沉積爐，其既能生產環形大規格產品、也可以生產小規格產品，并且爐膛升溫快，生產成本低。本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下一種大型環形氣相沉積爐，包括爐體、爐蓋及爐底板，在所述爐體內從外到里依次設有圓筒形保溫筒、外發熱體、外沉積筒， 其特點在于，在所述外沉積筒內還設有內沉積筒，所述內沉積筒內設有圓筒形內發熱體，在所述內沉積筒和外沉積筒之間形成環形爐膛，所述環形爐膛的底部設有環形沉積底板，所述爐底板上設有多個進氣管，所述保溫筒的頂部設有保溫蓋。本實用新型與已有技術相比具有以下顯著特點和效果1.與傳統大型CVI爐不同，本設備為環形爐膛，可充分利用爐膛空間，合理搭配裝爐產品，既可以沉積大型環形工件和小型工件，又可以通過均布于沉積室的進氣管，設置多個料柱，大批量生產沉積盤型等工件，如飛機剎車炭盤等，不易造成爐膛空間浪費，降低沉積成本，同時由于是內外加熱，升溫時間較短，溫度均勻性較好，產品一致性較好，而且具有工藝適用性較強、可用于等溫法或壓差法CVI工藝，造價相對低廉，維護較為方便等特點O2.本實用新型特別適用于炭剎車盤的大批量生產。炭剎車盤預制體在爐外疊放在起吊吊板上，裝入均布于爐底板的進氣管中心，每個進氣管配有單獨的送氣裝置，可有效控制產品質量。在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。進一步，所述環形爐膛的頂部設有爐膛蓋。采用上述進一步方案的有益效果是，可以使爐膛形成一個封閉空間，有利于快速升溫和內部溫度均勻。進一步，所述進氣管沿所述環形沉積底板呈環形均布。采用上述進一步方案的有益效果是，可以根據預計筒型產品的最大最小尺寸確定爐體、爐蓋和爐底板尺寸及相應電源、真空度等，然后確定均布料柱和進氣管的數量。進一步，所述外發熱體和內發熱體的內部分別設有第一外發熱體熱電偶管和內發熱體熱電偶管，所述第一外發熱體熱電偶管和內發熱體熱電偶管固定在所述爐蓋上。采用上述進一步方案的有益效果是，可以方便的插入熱電偶測溫，達到控制爐內溫度目的。進一步，所述外發熱體和內發熱體上分別連接有外電源電極和內電源電極，所述外電源電極和內電源電極各自連接獨立的供電電源。采用上述進一步方案的有益效果是，內、外發熱體為單獨供電系統，互不干擾，保證爐膛溫度均勻，產品質量一致性好，便于控制批次產品質量。進一步，所述爐體、爐蓋及爐底板設有水冷套結構。采用上述進一步方案的有益效果是，采用水冷套可以起到很好的整個爐體保溫效果，提高能源利用率。進一步，所述環形沉積底板與所述爐底板之間還設有支撐環，所述環形沉積底板和支撐環為炭/炭復合材料，所述環形沉積底板上均布有氣孔。采用上述進一步方案的有益效果是，支撐環可以使所述環形沉積底板與所述爐底板之間保持一定空間，便于進氣裝置設置。氣體通過進氣裝置進入環形沉積底板、沉積底板支撐環形成預熱空腔，氣體經預熱后經過環形沉積底板上的均勻氣孔進入沉積室。進一步，所述外發熱體和內發熱體由石墨材料制成。采用上述進一步方案的有益效果是，石墨材料是用作發熱體的常規選擇。進一步，所述爐體上還設有第二外發熱體熱電偶管。采用上述進一步方案的有益效果是，第二外發熱體熱電偶管用于檢測外發熱體和外沉積筒之間的溫度。

圖1為本實用新型的環形氣相沉積爐結構示意圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為本實用新型混裝大型筒狀炭/炭產品及小型炭/炭產品時空間布置示意圖；圖4為圖3的A-A剖視圖；圖5為本實用新型裝入炭剎車盤產品時空間布置示意圖；圖6為圖5的A-A剖視圖。[0032]在圖1到圖6中，1、爐底板；2、爐體；3、爐蓋；4、真空接口 ；5、內發熱體熱電偶管； 6、第一外發熱體熱電偶管；7、保溫蓋；8、保溫筒；9、外沉積筒；10、內沉積筒；11、內發熱體；12、第二外發熱體熱電偶管；13、外發熱體；14、環形沉積底板；15、支撐環；16、爐膛蓋； 17、保溫筒底座；18、外電源電極；19、進氣管；20、內電源電極；21、大型筒狀炭/炭產品； 22、小型炭/炭產品；23、炭剎車盤產品。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。如圖1和圖2所示，一種大型環形氣相沉積爐，包括爐體2、爐蓋3及爐底板1，在所述爐體2內從外到里依次設有圓筒形保溫筒8、外發熱體13、外沉積筒9，在所述外沉積筒 9內還設有內沉積筒10，所述內沉積筒10內設有圓筒形內發熱體11，在所述內沉積筒10和外沉積筒9之間形成環形爐膛，所述環形爐膛的頂部設有爐膛蓋16，所述環形爐膛的底部設有環形沉積底板14，所述爐底板1上設有多個進氣管19，所述保溫筒8的頂部設有保溫
蓋7ο具體設置還包括，所述爐蓋3上還設有真空接口 4，以便于對爐體2抽真空。在所述保溫筒8的底部還設有保溫筒底座17。所述進氣管19沿所述環形沉積底板14呈環形均布。所述外發熱體13和內發熱體11的內部分別設有第一外發熱體熱電偶管6和內發熱體熱電偶管5，所述第一外發熱體熱電偶管6和內發熱體熱電偶管5固定在所述爐蓋3 上。所述外發熱體13和內發熱體11上分別連接有外電源電極18和內電源電極20，所述外電源電極18和內電源電極20各自連接獨立的供電電源。所述爐體2、爐蓋3及爐底板1設有水冷套結構。所述環形沉積底板14與所述爐底板1之間還設有支撐環15，所述環形沉積底板 14和支撐環15為炭/炭復合材料。所述環形沉積底板14上均布有氣孔。所述外發熱體13和內發熱體11由石墨材料制成。所述爐體2上還設有第二外發熱體熱電偶管12。如圖3和圖4所示，為本實用新型混裝大型筒狀炭/炭產品及小型炭/炭產品時空間布置示意圖。本例中，爐子環形腔沉積室為Φ 1800X Φ800X2000mm，可裝入 Φ 1000-Φ 1700的大型筒狀炭/炭產品21，如大型隔熱屏，同時可混裝小型炭/炭產品22， 如U形發熱體、坩堝、導流筒、板材等。如圖5和圖6所示，為本實用新型裝入炭剎車盤產品23時空間布置示意圖，其爐體尺寸與上例相同，可裝設7個料柱，每個料柱裝炭剎車盤50個，共計350盤，或者每個料柱沉積U形發熱體、坩堝、導流筒等。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種大型環形氣相沉積爐，包括爐體、爐蓋及爐底板，在所述爐體內從外到里依次設有圓筒形保溫筒、外發熱體、外沉積筒，其特征在于，在所述外沉積筒內還設有內沉積筒，所述內沉積筒內設有圓筒形內發熱體，在所述內沉積筒和外沉積筒之間形成環形爐膛，所述環形爐膛的底部設有環形沉積底板，所述爐底板上設有多個進氣管，所述保溫筒的頂部設有保溫蓋。
2.根據權利要求1所述的大型環形氣相沉積爐，其特征在于，所述環形爐膛的頂部設有爐膛蓋。
3.根據權利要求1或2所述的大型環形氣相沉積爐，其特征在于，所述進氣管沿所述環形沉積底板呈環形均布。
4.根據權利要求1所述的大型環形氣相沉積爐，其特征在于，所述外發熱體和內發熱體的內部分別設有第一外發熱體熱電偶管和內發熱體熱電偶管，所述第一外發熱體熱電偶管和內發熱體熱電偶管固定在所述爐蓋上。
5.根據權利要求1、2或4所述的大型環形氣相沉積爐，其特征在于，所述外發熱體和內發熱體上分別連接有外電源電極和內電源電極，所述外電源電極和內電源電極各自連接獨立的供電電源。
6.根據權利要求1、2或4所述的大型環形氣相沉積爐，其特征在于，所述爐體、爐蓋及爐底板設有水冷套結構。
7.根據權利要求1、2或4所述的大型環形氣相沉積爐，其特征在于，所述環形沉積底板與所述爐底板之間還設有支撐環，所述環形沉積底板和支撐環為炭/炭復合材料，所述環形沉積底板上均布有氣孔。
8.根據權利要求7所述的大型環形氣相沉積爐，其特征在于，所述外發熱體和內發熱體由石墨材料制成。
9.根據權利要求8所述的大型環形氣相沉積爐，其特征在于，所述爐體上還設有第二外發熱體熱電偶管。
專利摘要本實用新型涉及炭/炭復合材料氣相沉積設備技術領域，具體公開了一種大型環形氣相沉積爐。其包括爐體、爐蓋及爐底板，在所述爐體內從外到里依次設有圓筒形保溫筒、外發熱體、外沉積筒，其特點在于，在所述外沉積筒內還設有內沉積筒，所述內沉積筒內設有圓筒形內發熱體，在所述內沉積筒和外沉積筒之間形成環形爐膛，所述環形爐膛的頂部設有爐膛蓋，所述環形爐膛的底部設有環形沉積底板，所述爐底板上設有多個進氣管，所述保溫筒的頂部設有保溫蓋。所述進氣管沿環形沉積底板呈環形均布。其與已有技術相比具有能充分利用爐膛空間，適應沉積大型環形工件和小型工件，升溫時間較短，溫度均勻性較好，產品一致性較好，造價低廉，維護方便等特點。
文檔編號C23C16/44GK202323016SQ201220105949
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月20日 優先權日2012年3月20日
發明者張宜杰 申請人:煙臺魯航炭材料科技有限公司