[发明专利]一种改进的气相沉积炉

说明书

本发明是一种改进的气相沉积炉，包括带有炉底的炉体，炉体内安装有专用内筒，专用内筒连接有进气装置，还包括底部加热装置、循环冷却装置和尾气除焦装置。本发明通过改进筒壁结构形状，增加底部加热装置以及改进进气方式，达到均匀快速加热和节省材料的目的；本发明实现炉内强制冷却，大幅度缩短了炉体冷却时间；本发明能够及时清除排气管道内壁和过滤网上附着的焦油。

技术领域

本发明涉及气相沉积炉技术领域，具体是一种改进的气相沉积炉。

背景技术

化学气相沉积法是制备碳/碳复合材料的常用方法，它是将烃类气体通入沉积炉内，在1000℃左右条件下，热解碳在碳纤维表面不断生长，最终使纤维编织体致密化形成碳纤维增强热解碳基体复合材料，具有工艺简单、产品性能稳定、产品不受几何形状限制、适应工业化规模生产等特点。

现有的气相沉积炉的炉胆内筒采用碳/碳复合材料制成，一般壁厚均匀一致，多为单边壁厚50mm。当电阻加热时，加热器通电发热辐射至内筒上，因内筒的壁厚较厚，首先需要等待内筒达到一定温度后才会继续辐射炉胆内的受热材料，此种情形下加热时间较长，导致生产周期过长的问题。另一方面，碳/碳复合材料昂贵，采用厚度如此之大的材料造成浪费，导致气相沉积炉制造成本过高。

现有的气相沉积炉普遍采用的是侧向加热方式，即在炉壁安装电阻加热器对炉腔实施加热，在通电后通过电阻发热达到炉腔内温度上升的目的。该加热方式使用在大型炉腔里时，由于炉腔空间较大，加热时炉内外壁的温度会先上升，随后会越来越高并向内辐射，导致炉内温度靠近炉壁的高，中心位置低，使炉内产品受热不均匀，从而影响气相沉积效果。另一方面，由于采用侧向加热方式使炉内温度达到均匀一致需要较长时间，而在这段时间内无法通入反应气体开始化学反应，所以影响了生产效率。

现有的气相沉积炉一般采用底部进气或者顶部进气方式。随着单晶硅越来越大，气相沉积炉也随之变大，这就出现一个技术难题，即：炉体变大后由于供气不均匀导致气体在炉内的化学反应不均匀、不充分，不管是底部进气还是上部进气，气体在进入炉内后，进气点附近区域的化学反应相对充分，随着气体的继续上升/下降，参与化学反应的气体越来越少，往往会出现底部/顶部的产品沉积效果极差的缺陷。解决这一缺陷问题的方法是停炉进行倒炉操作，如此又会影响生产的正常进行，不仅费时费力，而且生产效率低下。

气相沉积炉炉内温度上升至设定高温时开始保温并通气进行化学反应，一段时间（比如四小时）后需要降至某一特定较低温度再次保温一段时间（比如四小时），随后开始继续降温。由于现有的气相沉积炉缺少炉内强制冷却装置，降温方法通常是自然冷却，一般需要四天左右时间才能达到拆炉条件，导致生产周期过长。

对于真空炉形式的气相沉积炉，为保证炉内真空状态真空发生泵会一直工作。进气后与产品发生化学反应会产生焦油，此焦油呈奶油状。为防止焦油进入真空发生泵中损坏真空泵，就需要在排气管道中加装过滤网，在抽排过程中焦油会粘黏在过滤网及管道壁上，虽然定期更换过滤网能够去除部分焦油，但粘黏在管路上的焦油却难于清除。日积月累，管路孔径会越来越小从而影响抽排效果，一旦堵塞管路则会发生爆炸危险。拆卸管道清理费时费力，增加了维护成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进的气相沉积炉，第一、通过改进筒壁结构形状，增加底部加热装置以及改进进气方式，达到均匀快速加热、均匀反应和节省材料的目的；第二、实现炉内强制冷却，进一步缩短炉体冷却时间；第三、能够及时清除排气管道内壁和过滤网上附着的焦油。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：