[发明专利]一种内热式化学气相渗透致密C/C坩埚的工装及方法

说明书

技术领域

本发明属于化学气相渗技术领域，具体涉及一种内热式化学气相渗透致密C/C坩埚的工装及方法。

背景技术

单晶硅提拉过程中，炉内温度为1460℃～1600℃范围内，装载多晶硅原料的石英坩埚已变软，主要靠背面的C/C坩埚承托。冷炉后石英坩埚与C/C坩埚粘贴在一起，还需敲打C/C坩埚使石英坩埚剥离。为此，延长C/C坩埚的使用寿命，降低成本，已成为单晶硅行业的难点之一。

中国专利公开号CN1350959A公开了“飞机炭刹车盘的快速气相沉炭方法及设备”，采用内热梯度定向流化学气相渗透制备炭刹车盘的方法，该方法将炭盘预制体套装在内石墨发热体炉中，靠炭盘内径～外径之间的较大厚度形成内型面温度高、外型面温度低的热梯度；碳源气体从预制体外侧低温面进入，通过预制体中孔隙，从内侧高温面抽出炉外。进气管由炉底进入，预制体高度达1.0m，气体分布不均；且碳源气体经过预制体之间没有人造缝隙，其孔隙不均匀，势必导致流量不均匀，造成炭盘密度不均匀。

中国专利ZL 200310115117.6公开了“狭缝定向流制备飞机炭刹车盘的方法”，该方法将飞机炭刹车盘预制体套装内石墨发热体炉中，各预制体之间垫入0.5mm～4.0mm等厚度的石墨垫片，碳源气体从炉底部进入预制体外型面(冷端)，经过预制体间狭缝从内型面(热端)排出炉外。本方法解决了炭盘预制体孔隙不均匀造成的密度不均匀的问题，但预制体总高1.3m，仅从炉底进气，导致上下产品密度不均匀的问题没有解决。

中国专利ZL201110433814.0公开了“一种多沉积室CVI致密炭/炭坩埚的装置及方法”，每层坩埚(可放4～8个坩埚)放置于一个沉积室，并通过一路碳源气体进气管供气，可确保每层坩埚都能接触到新鲜的碳源气体，但一层有4～8个坩埚，其增密效率的均匀性仍有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种内热式化学气相渗透致密C/C坩埚的工装。该工装结构简单，设计合理，可同时致密多个C/C坩埚预制体，通过在真空电阻沉炭炉内设置石墨发热体，可从内部加热C/C坩埚预制体，显著降低了能耗；通过设置内石墨筒和外石墨筒，并在石墨底座底部安装用于向空腔内通入碳源气体的进气管，碳源气体通过第一出气孔和第二出气孔进入内石墨筒与外石墨筒之间，并与C/C坩埚预制体内、外壁接触，发生热解炭沉炭反应，达到增密目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种内热式化学气相渗透致密C/C坩埚的工装，其特征在于，包括石墨支撑座、石墨发热体、石墨防污管、石墨保温筒、石墨顶盖和位于石墨保温筒内的石墨支撑筒，石墨支撑座设置于真空电阻沉炭炉的炉底上方，石墨发热体穿过石墨支撑座中部安装于炉底中心部位，石墨防污管套装于石墨发热体上，石墨保温筒和石墨支撑筒均设置于石墨支撑座上，石墨顶盖设置于石墨保温筒上方且套装在石墨防污管上，所述石墨支撑座与真空电阻沉炭炉的炉壳之间以及石墨保温筒与真空电阻沉炭炉的炉壳之间均设置有保温炭毡，所述石墨保温筒内设置有用于化学气相渗透致密C/C坩埚预制体的反应室，所述反应室位于石墨支撑筒和石墨顶盖之间，所述反应室包括套装于石墨防污管上的分气装置和设置于所述分气装置上方的石墨封气板；所述分气装置包括石墨分气座和设置于石墨分气座上方的内石墨筒，以及设置于石墨分气座上方且位于内石墨筒外侧的外石墨筒，所述外石墨筒的筒壁上部开设有第一排气孔，所述石墨分气座包括石墨底座和设置于石墨底座上方的石墨挡气板，所述石墨底座和石墨挡气板之间形成空腔，石墨底座上安装有用于向空腔内通入碳源气体的进气管，所述石墨挡气板上开设有用于将空腔内的碳源气体导出的第一出气孔和第二出气孔，第一出气孔和第二出气孔均位于内石墨筒和外石墨筒之间。

上述的一种内热式化学气相渗透致密C/C坩埚的工装，其特征在于，所述分气装置的数量为多个，多个所述分气装置叠放设置，所述石墨封气板设置于最上层分气装置上方。

上述的一种内热式化学气相渗透致密C/C坩埚的工装，其特征在于，所述石墨封气板上开设有第二排气孔，所述石墨发热体的底部通过C/C复合材料螺栓固定安装于炉底中心部位。

上述的一种内热式化学气相渗透致密C/C坩埚的工装，其特征在于，最上层所述分气装置的外石墨筒的外壁下部安装有热电偶。

上述的一种内热式化学气相渗透致密C/C坩埚的工装，其特征在于，所述石墨顶盖上开设有第三排气孔。

上述的一种内热式化学气相渗透致密C/C坩埚的工装，其特征在于，所述石墨底座包括石墨内筒和石墨外筒，以及用于连接石墨内筒和石墨外筒的石墨底板。