[发明专利]具有非均匀绝热的热处理装置

说明书

一种用于对产品或多个产品进行热处理的热处理装置，所述热处理装置包括热处理腔，所述热处理腔具有相对的远端和至少一个可控加热区。至少一个缓冲区被布置在每个远端处，并且所述缓冲区和所述热处理腔的至少一个加热区形成具有内表面和外表面的加热元件组件。至少一层绝热材料位于所述加热元件组件的内表面与所述至少一个缓冲区和所述热处理腔的加热区之间，并且具有受控效率的所述至少一层绝热材料非均匀地施加在所述加热组件的轴向长度上。

技术领域

本发明涉及一种具有改进的温度控制的用于对产品或多个产品进行热处理的热处理装置。

背景技术

由于各种原因，许多产品可能要在炉中经历热处理。例如，在半导体晶片制造中，半导体晶片经历热固化，并且在钢制造中，钢经历退火工艺，以使钢硬化。通常在半导体生产中，必须非常精确地控制温度，因为温度的微小变化能够影响产量，温度可能需要控制一段特定的时间，并且通常需要快速稳定温度，以便使制造工艺的下一步可以开始。因此，能够精确地控制热处理是必须的。

典型的热处理装置包括加热元件组件，该加热元件组件包括至少一个被布置在每个远端处的缓冲区和多个可控加热区。产品在加热区中进行处理，加热区通常被设计用以沿着它的轴向长度实现高度的热均匀性。缓冲区用于提供额外的能量，以补偿从热处理装置远端处的开口损失的热量。能够从成本和环境方面提高能效是非常重要的。能够找到热处理装置的例子，其中在整个组件上安装有高效绝热。这对于连续炉是有效的，但是它的缺点在于降低了热处理装置的最大冷却速度性能，这能够妨碍动态系统中的产量。当在整个元件组件上进行绝热改进以提高能量效率时，通常的情况是：中心区域中的冷却速度将会降低到不再能够维持工件的期望的冷却速度的程度。典型的方法是要么降低整体绝热效率以保持期望的工艺性能，要么降低所控制的冷却速度。因此，如果减少绝热，则仅进行最小程度的节能，并且如果绝热被最大化，则延长处理循环时间并且系统产量受到危害。因此，需要提高动态系统的效率，同时对动态冷却速度产生最小的影响。

发明内容

在冷却过程中，热能必须从系统中的工件中释放出来，并且经由通过加热元件组件的传导组合将热能传递到工件周围的气体中而进行耗散。在给定温度下可达到的最大冷却速度受到通过绝热系统的能量传递速度的限制。所选择的受控速度通常比系统的最大速度稍慢，以确保有足够的净空，使得在考虑到包括有从加热元件组件到组件的差异的系统参数的微小变化的情况下，获得具有可重复的、受控的冷却工艺。在冷却阶段期间，端部区域通常继续以更高的功率水平运行，因为它们仍然用于提供额外的热量，以补偿损失，而中心区域仅提供足够使工件以期望的速度冷却的功率，因此中心区域冷却速度成为最大冷却速度的限制因素。

典型的三区热处理炉在产品加热时在中心区域的功耗在30-70％的范围内，而缓冲区在加热时可以以35-90％的功耗操作。一旦系统稳定在处理温度下，则中心区域的功耗降至约30％，以维持期望温度，而缓冲区将继续以40-80％运行，以补偿增加的热量损失。在起作用的处理循环结束时，必须将工件冷却到适合从炉组件中取出的温度。通常期望的是：至少通过初始阶段以受控速度和均匀温度将工件的温度降低。

沿着加热元件组件的轴向长度非均匀地施加绝热材料(其中，端部区域处的绝热被最大化并且被布置在加热元件组件的中心部处的绝热被标准化，以实现期望的冷却速度)，而不是提高热处理腔的整个长度的绝热，将会降低整体能量消耗，而不会影响系统的产量。此外，由于加热元件组件的端部区域要求较低的运行功率，因此加热元件组件的使用寿命增加。

本发明的一个方面是解决或至少减少上述的问题和缺点。因此，本发明提供了一种用于对产品或多个产品进行热处理的热处理装置，所述热处理装置包括热处理腔，所述热处理腔具有相对的远端和至少一个可控加热区。至少一个被布置的缓冲区处在每个远端处，并且缓冲区和热处理腔的至少一个加热区形成具有内表面和外表面的加热元件组件。沿着所述至少一个缓冲区和热处理腔的加热区布置有至少一层绝热材料并且所述至少一层绝热材料形成加热元件组件的一部分，并且具有受控效率的所述至少一层绝热材料非均匀地施加在加热组件的轴向长度上。