本發明涉及一種化學氣相沉積(chemicalvapordeposition，簡稱cvd)生產裝備，特別涉及一種cvdsic綠色清潔生產裝備。

背景技術：

cvd是一種制備無機材料的氣相生長方法，它是把一種或幾種含有構成薄膜元素的化合物、單質氣體通入放置有基材的反應室，借助空間氣相化學反應在基體表面上沉積固態薄膜的工藝技術。cvd已經廣泛用于提純物質、研制新晶體、淀積各種單晶、多晶或玻璃態無機薄膜材料，這些材料包括氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也包括iii-v、ii-iv、iv-vi族中的二元或多元的元素間化合物，這些沉積出的材料的物理功能可以通過氣相摻雜的淀積過程精確控制，化學氣相淀積已成為無機合成化學的一個新領域。

cvd的機理是將氣態反應物加熱到一定溫度并保持一定壓力下發生化學反應，在沉積爐內生成固態物質沉積在固態基體表面；與之對應的是化學氣相滲透(chemicalvaporinfiltration，簡稱cvi)，cvi機理與cvd類似，只是反應氣體通過滲透到多孔基體內部再生成固態物質，從而制備出多孔材料或復合材料。cvdsic和cvisic已經廣泛用于碳化硅涂層和碳化硅陶瓷基復合材料的制備，被認為是碳化硅最佳的制備方法。cvdsic和cvisic的工藝過程中反應氣體包括ar、h2、烷烴類和有機硅烷等，它們在高溫沉積過程中并不能被完全利用，因而在排放的尾氣中包括大量的未分解的有機硅烷與烷烴、分解產物焦油、反應產物hcl、沉積產物粒子、h2和ar等。未分解的烷烴、h2若不妥善處理，不僅存在爆炸危險還會污染大氣，而未分解的有機硅烷、反應產物hcl遇空氣中的水會產生腐蝕性極強的鹽酸氣，從而嚴重的腐蝕機械泵和生產裝備，并且對環境造成污染，因而不能直接排入大氣。分解產物焦油、沉積產物粒子等會沉積在機械泵和管道中，不僅遇到空氣會爆炸，還會嚴重影響機械真空泵的性能和使用壽命。由于cvi、cvd工藝的尾氣成分復雜，腐蝕性極強，因而處理難度很大。目前國內還沒有有效的處理方法，國外的cvi、cvd設備也都不包括尾氣處理裝置。

針對cvd、cvi尾氣成分復雜的特點，中國專利cn98113023.2公開了一種cvd/cvi工藝尾氣處理方法與設備，采用三級過濾實現：第一級為油過濾，主要是為了去除沉積產物粒子和分解產物焦油；第二級為固體過濾，主要是為了去除未分解的有機硅烷和hcl氣體；第三級為水過濾，主要是為了進一步去除未分解的金屬有機硅烷和hcl氣體。兩臺機械泵交替使用可以在一臺機械泵抽氣速率下降需要更換泵油時起動另一臺機械泵，從而保證連續和穩定的抽氣速率。

針對工業化cvd/cvi尾氣處理方法與設備，中國專利cn200310118971.8公開了一種化學氣相沉積/化學氣相滲透尾氣處理方法與設備。該發明適用于工業化cvd/cvi制備連續纖維增韌陶瓷基復合材料、防氧化涂層及各種薄膜材料過程中尾氣的處理，也適用于其它真空設備的尾氣處理。利用蒸汽過濾取代循環水過濾，利用油循環機械泵取代交替使用的普通機械泵。可以提高cvd/cvi設備的使用效率，降低成本。

為了更大程度提高cvd/cvi尾氣處理效率，中國專利cn201510256934.6公開了一種用于cvd/cvi的尾氣處理方法及設備，該發明設計了三級吸附，三級吸附之間相互協同，相互支持，其中一級吸附利用了吸附油與尾氣的逆接觸，可以大大延長了尾氣和油霧的混合時間，降低了尾氣的溫度，液化出的固、液有機物瞬間與吸附油粘接在一起落到坩堝中的碳氈上，提高了尾氣吸附能力；同時帶有機物的油霧落在不銹鋼坩堝中的碳氈條上后，增強了碳氈的粘結能力，尾氣通過碳氈之間的縫隙和通氣孔時，多層密度梯度的碳氈會再次對尾氣進行過濾，之后的尾氣排出金屬罐體時，罐底的吸附油也可以再次過濾。這種多級的過濾方式大幅度的降低尾氣中固、液有機物的含量，進而提高后續金屬器件的工作安全系數和成本。

然而，在實際cvd/cvi生產制備過程中，爐內通入了大量的h2、ar及有機硅烷，發生多級反應后的尾氣中包含未分解的有機硅烷、反應產物hcl、分解產物焦油、沉淀產物粒子、載氣h2和稀釋ar等。大量反應產物中的烴類、焦油等會隨著尾氣溫度下降而液化成粘度較大有機物附著在管道、閥門、真空泵等器件內壁上，單純通過油過濾器、固體過濾器等過濾裝置是難以完全將粘度較大有機物完全吸附干凈，雖然過濾可以減小烴類、焦油對活動構件的運動及控制功能和系統密封效果的影響。但是大量粘性有機物殘留于管道、閥門、真空泵等器件內壁時，存在極大的危險，這是由于該粘性有機物受摩擦或震動時，會發生打火現象，從而造成爆炸危險，也對設備更換維修過程提出了巨大的困難。尤其是在工業化生產過程中，具有極大危險性。

中國專利cn201110413957.5公開了一種cvd工藝的尾氣凈化裝置，該cvd工藝的尾氣凈化裝置包括高溫反應桶，通入尾氣，使尾氣與空氣中的氧氣發生氧化反應；冷卻吸收塔，通入從高溫反應桶排出的氣體，用通入的冷卻過濾液冷卻通入的氣體、過濾顆粒；凈化吸附塔，利用通入的冷卻過濾液和空心球對從冷卻吸收塔排出的氣體進行凈化、吸附顆粒；蓄液槽，積存提供給冷卻吸收塔和凈化吸附塔的冷卻過濾液；以及泵，將所述蓄液槽中的冷卻過濾液抽至冷卻吸收塔和凈化吸附塔。高溫尾氣直接與空氣接觸，危險系數大大提升，并且由于整個處理過程都與室外環境接觸，尾氣處理有效性與安全性難以保證。

綜上所述，目前cvd/cvi尾氣處理主要是以多級油氣過濾吸附裝置為主，尾氣過濾吸收效率較高，但尾氣中中間有機物產物并未得到有效清除，依然會大量殘留于管道中，給設備帶來極大的危險隱患。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提出一種cvdsic綠色清潔生產裝備，該裝備在生產過程中達到無有害物排放、安全生產和原料循環利用。

一種cvdsic綠色清潔生產裝備，其特征在于包括cvd裝置、高溫裝置、反應裝置、真空裝置、無空氣給水裝置、鹽酸收集裝置、干燥裝置與儲氣裝置，各裝置依次通過鋼管、鋁塑管連接形成閉合回路；cvd裝置與儲氣裝置之間有不銹鋼送氣管道連接，管道上設置有真空截止閥和質量流量計；cvd裝置與高溫裝置之間通過鋼管連接，鋼管外徑為長度為200～700mm，管壁無水冷，內有保溫層、加熱線圈和絕緣內襯管，內襯管內工作溫度600～1300℃；高溫裝置與真空裝置連接有不銹鋼尾氣管道，管道上設置有反應裝置和自動調壓閥，真空裝置與鹽酸收集裝置連接有鋁塑管道，鹽酸收集裝置與干燥裝置連接有鋁塑管道，管道上設置有真空截止閥，干燥裝置與儲氣裝置連接有不銹鋼管道，管道上設置有真空截止閥，所述真空裝置與無空氣給水裝置通過管道連接，所述鹽酸收集裝置與無空氣給水裝置通過循環水管道連接，cvd裝置數量為1～4套。

cvd裝置包括氫氣瓶、氬氣瓶、甲基氯硅烷罐、硅烷瓶、甲烷瓶、質量流量計、化學氣相沉積爐/化學氣相滲透爐、電源柜、控溫系統與循環冷卻水箱。化學氣相沉積爐和化學氣相滲透爐是一臺爐子，既可沉積制備sic涂層，又可滲透制備sic陶瓷基復合材料，工作溫度為950～1300℃，工作壓力為0.1～1000pa。化學氣相沉積爐/化學氣相滲透爐與電源柜之間通過電極材料連接，與控溫系統之間通過電線連接。化學氣相沉積爐/化學氣相滲透爐通過一根不銹鋼總供氣管與氫氣瓶、氬氣瓶、甲基氯硅烷罐、硅烷瓶以及甲烷瓶分別連接，氫氣瓶、氬氣瓶、甲基氯硅烷罐、硅烷瓶以及甲烷瓶各引出一根帶有質量流量計的管道與總供氣管聯通，總供氣管上安裝有真空截止閥，循環冷卻水箱與化學氣相沉積爐/化學氣相滲透爐之間通過冷卻水管聯通。

高溫裝置包括多孔碳氈、隔熱保溫碳氈、石墨坩堝、石墨發熱體、電磁感應線圈、鋼制爐體外殼、電源柜、控溫系統與循環冷卻水箱，所述多孔碳氈處于石墨坩堝內部，石墨坩堝內部工作溫度為1600～2600℃，工作壓力為10～1000pa，工作腔內徑為工作腔高度為500～1000mm，所述電源柜與電磁感應線圈通過電線材料連接，所述循環冷卻水箱與鋼制爐體外殼之間通過冷卻水管連接。

反應裝置由立式不銹鋼圓桶外殼及安裝在其內的氣體反應管組成，不銹鋼圓桶外殼進氣口位于殼體下端，排氣口位于殼體上端，不銹鋼圓桶外徑400mm～2000mm，不銹鋼圓桶高度1000mm～3000mm；不銹鋼圓桶內安裝有2～5層反應管，每層反應管20～100根，每根管子直徑長度200～500mm，反應管壁密布通孔，氣體反應管內部裝有cao顆粒、cao粉體、ca(oh)2顆粒、naoh顆粒、koh顆粒。

真空裝置包括自動調壓閥、油介質真空泵、油氣過濾器、真空截止閥、水介質真空泵、無空氣給水裝置，所述自動調壓閥位于油介質真空泵前的管道上，油氣過濾器與真空截止閥置于油介質真空泵與水介質真空泵之間，無空氣給水裝置為水介質真空泵供應水，供應的水中無空氣泡，水介質真空泵與油介質真空泵聯合工作。

鹽酸收集裝置包括用于收集水介質真空泵排出的水溶液的不銹鋼容器，以及安裝在不銹鋼容器上的ph監控器、鹽濃度監控器、h2-o2警報器、排氣管、真空放氣閥、真空截止閥、真空壓力表、水位監測儀、液體自動控制閥、閉環控制線，堿溶液罐、鹽溶液管道控制閥與無水氯化鈣濃縮干燥一體機，所述堿溶液罐與不銹鋼容器之間連接有液體自動控制閥，ph監控器與液體自動控制閥之間接有閉環控制線，堿溶液罐中ph值10～14，不銹鋼容器中ph值75～10，不銹鋼容器中壓力為0.8～1.2atm，當不銹鋼容器中鹽濃度達到10％～30％時，不銹鋼容器與無水氯化鈣濃縮干燥一體機之間的鹽溶液管道控制閥打開，液體流入濃縮干燥一體機，無水氯化鈣濃縮干燥一體機工作。

干燥裝置包括不銹鋼容器、干燥過濾管、清潔管道，真空閥門以及安裝在不銹鋼容器頂部的h2o含量監控表，hcl含量監控表，o2含量監控表，所述不銹鋼容器直徑高度為500～3000mm，所述干燥過濾管分為2～5層，每根過濾管內徑為長度為200～500mm，每層平面內過濾管橫截面面積占單層總面積的60～80％，過濾管內壁上設有小孔，孔徑為0.5～5mm，孔密度為9～20個/平方厘米，干燥過濾管內部分別裝有cao顆粒與cacl2顆粒，顆粒尺寸為3～7mm，裝有cacl2的干燥過濾管的數量占總干燥過濾管數量的50～75％。

儲氣裝置包括儲氣罐外殼，以及連接在儲氣罐上的真空閥門、自動放氣閥、真空壓力表、質量流量計、真空關閉閥，罐內壓力為0.8～1.0atm，罐體積為0.2～2m³。

本發明有益效果：(1)有效解決cvd生產過程尾氣處理問題，實現尾氣零排放；(2)實現h2和ar回收再利用，降低生產成本；(3)cvd裝置與高溫裝置多對一配置，提高生產效率，降低能源消耗。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其中：

圖1是cvdsic綠色清潔生產裝備平面布置圖

10為cvd裝置；20為高溫裝置；30為真空裝置；40為鹽酸收集裝置；50為干燥裝置；60為無空氣給水裝置；70為儲氣裝置；90為反應裝置；80為反應殘余氣體通道；81為一次尾氣管道；82為無空氣水管道；83為弱堿性水管道；84為h2-ar-h2o-hcl混合氣體管道；85為h2-ar管道；86為送氣管道；87為循環水管；88為二次尾氣管道。

圖2是cvd裝置圖

100為總供氣管；110為氫氣瓶；120為氬氣瓶；130為甲基氯硅烷罐；140為硅烷瓶；150為甲烷瓶；160為真空截止閥；300為化學氣相沉積爐/化學氣相滲透爐；400為電源柜及控溫系統；600為循環冷卻水箱；80為反應殘余氣體通道；86為來自儲氣罐的送氣管道。

圖3是高溫裝置圖

21為鋼制爐體外殼；22為電磁感應線圈；23為石墨發熱體；24為石墨坩堝；25為多孔碳氈；26為隔熱保溫碳氈；400為電源柜及控溫系統；600為循環冷卻水箱；80為反應殘余氣體通道；81為一次尾氣管道。

圖4是真空裝置圖

31為自動調壓閥；32為油介質真空泵；33為真空截止閥；34為水介質真空泵；35為油氣過濾器；88為二次尾氣管道；82為無空氣泡水管道；83為弱堿性水管道。

圖5是鹽酸收集裝置圖

401為ph監控器；402為鹽濃度監控器；403為閉環控制線；404為液體自動控制閥；405為naoh、ca(oh)2溶液罐；406為真空截止閥；407為鹽溶液管道控制閥；408為無水氯化鈣濃縮干燥一體機；409為不銹鋼容器；410為水位監測儀；411為h2-o2警報器；412為真空壓力表；413為排氣管；414為真空放氣閥；83為弱堿性水管道；84為h2-ar-h2o-hcl混合氣體管道；87為循環水管。

圖6是干燥裝置圖

51為不銹鋼容器；52為干燥過濾管；53為清潔管道；54為真空閥門；55為h2o含量監控表；56為hcl含量監控表；57為o2含量監控表；84為h2-ar-h2o-hcl混合氣體管道；85為h2-ar管道。

圖7是儲氣裝置圖

71為真空閥門；72為儲氣罐外殼；73為自動放氣閥；74為真空壓力表；75為質量流量計；76為真空關閉閥門；85為h2-ar管道；86為送氣管道。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定。

實施例

cvdsic綠色清潔生產裝備，如圖1所示，包括cvd裝置10、高溫裝置20、反應裝置90、真空裝置30、無空氣給水裝置60、鹽酸收集裝置40、干燥裝置50與儲氣裝置70，各裝置依次通過鋼管、鋁塑管連接形成閉合回路；cvd裝置10與高溫裝置20之間通過鋼管80連接，鋼管外徑為長度為500mm，管壁無水冷，內有保溫層、加熱線圈和絕緣內襯管，內襯管內工作溫度1000℃；cvd裝置10數量為4套，高溫裝置20數量為1套。

cvd裝置10，如圖2所示，包括氫氣瓶110、氬氣瓶120、甲基氯硅烷罐130、質量流量計200、化學氣相沉積爐300、電源柜及控溫系統400、循環冷卻水箱600。化學氣相沉積爐工作溫度為1100℃，工作壓力為100pa。

高溫裝置20，如圖3所示，包括多孔碳氈25、隔熱保溫碳氈26、石墨坩堝24、石墨發熱體23、電磁感應線圈22、鋼制爐體外殼21、電源柜及控溫系統400、循環冷卻水箱600，，石墨坩堝24內部工作溫度為2000℃，工作壓力為150pa，工作腔內徑為工作腔高度為800mm。

反應裝置90，如圖4所示，由立式不銹鋼圓桶外殼及安裝在其內的氣體反應管組成，不銹鋼圓桶外殼進氣口位于殼體下端，排氣口位于殼體上端，不銹鋼圓桶外徑1000mm，不銹鋼圓桶高度2000mm；不銹鋼圓桶內安裝有3層反應管，每層反應管50根，每根管子直徑長度400mm，反應管壁密布通孔，氣體反應管內部裝有cao粉末，粉末吸附于分子篩、沸石的空隙中。

真空裝置30，如圖4所示，包括自動調壓閥31、油介質真空泵32、油氣過濾器35、真空截止閥33、水介質真空泵3，所述自動調壓閥31位于油介質真空泵32前的管道上，油氣過濾器35與真空截止閥33置于油介質真空泵32與水介質真空泵34之間，水介質真空泵34與油介質真空泵32聯合工作。

鹽酸收集裝置40，如圖5所示，包括用于收集水介質真空泵排出的水溶液的不銹鋼容器409，以及安裝在不銹鋼容器409上的ph監控器401、鹽濃度監控器402、h2-o2警報器411、排氣管413、真空放氣閥414、真空截止閥406、真空壓力表412、水位監測儀410、液體自動控制閥404、閉環控制線403，ca(oh)2溶液罐405、鹽溶液管道控制閥407與無水氯化鈣濃縮干燥一體機408。ca(oh)2溶液罐405中ph值12，不銹鋼容器409中ph值8，不銹鋼容器中壓力為1.1atm，當不銹鋼容器中鹽濃度達到10％～30％時，不銹鋼容器409與無水氯化鈣濃縮干燥一體機408之間的閥門打開，液體流入濃縮干燥一體機408，無水氯化鈣濃縮干燥一體機408工作。

干燥裝置50，如圖6所示，包括不銹鋼容器51、干燥過濾管52、清潔管道53，真空閥門54以及安裝在不銹鋼容器51頂部的h2o含量監控表55，hcl含量監控表56，o2含量監控表57，所述不銹鋼容器51直徑高度為2000mm，所述干燥過濾管52為3層，每根過濾管內徑為長度為500mm，每層平面內過濾管橫截面面積占單層總面積的70％，過濾管內壁上設有小孔，孔徑為3mm，孔密度為15個/平方厘米，干燥過濾管內部分別裝有cao顆粒與cacl2顆粒，顆粒尺寸為5mm，裝有cacl2的干燥過濾管的數量占總干燥過濾管數量的75％。

儲氣裝置70，如圖7所示，包括儲氣罐外殼72，以及連接在儲氣罐72上的真空閥門71、自動放氣閥73、真空壓力表74、質量流量計75、真空關閉閥門76，罐內壓力為0.9atm，罐體積為1m³。

上述僅為本發明的具體實施方式，但本發明的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本發明保護的范圍的行為。但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何形式的簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。