專利名稱：處理用加熱爐或者類似裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
最廣義而言，本發(fā)明涉及烤箱、加熱爐、處理用腔室以及類似裝置，反應氣體在這些裝置之中作為處理步驟的組成部分。本發(fā)明的一個特別的實例涉及用于化學蒸汽滲透/化學蒸汽沉積(Chemical VaporInfiltration/Chemical Vapor Deposition，CVI/CVD)的加熱爐，在該加熱爐中引入反應氣體作為提高多孔元件密度的方法的組成部分，所述多孔元件例如為多孔剎車預成型件。
背景技術(shù)：
總體來說，將反應氣體引入其中以作為處理步驟的組成部分的烘箱、加熱爐、處理用腔室以及類似裝置的使用是公知的(在以下的說明書中，術(shù)語“加熱爐”應廣義地理解為烘箱以及類似形式的處理用腔室)。在這個方面的一個例子是化學蒸汽滲透方法，其中，將先導反應氣體引入加熱爐中，該加熱爐中放置有多孔元件(作為例子而不限于此例，諸如，多孔剎車盤預成型件)。
通常，傳統(tǒng)的加熱爐包括外部加熱爐殼體，設(shè)置在該殼體內(nèi)、用于放置需要處理的工件或元件的工作空間或反應腔室，使得反應氣體氣流入和流出加熱爐的系統(tǒng)，以及用于加熱反應腔室的至少一個內(nèi)部部分的加熱系統(tǒng)。
反應氣體以公知的方式被強制滲透到多孔元件的多孔結(jié)構(gòu)。該反應氣體可以包括諸如丙烷的碳氫化合物氣體。
在一個公知的例子中，反應氣體被引入一個內(nèi)部空間，該內(nèi)部空間由與加熱爐的反應腔室大致對正的剎車盤的環(huán)形預成型件的堆疊所限定?？傮w上，通過擴散穿過預成型件的多孔(例如，纖維)結(jié)構(gòu)和/或流過相鄰的預成型件之間的縫隙，氣體被強制從堆疊的內(nèi)部空間轉(zhuǎn)移到堆疊的外部。
至少反應腔室的內(nèi)部被加熱系統(tǒng)所加熱。因此，由于剎車盤預成型件相對較高的溫度，反應氣體熱解并且在多孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面留下沉積的分解產(chǎn)物。例如，當采用碳氫化合物氣體時，分解產(chǎn)物是熱解碳，由此得到含碳的組合物材料(諸如碳-碳材料)。
用于此類加熱爐的現(xiàn)有加熱系統(tǒng)的一個例子是感應加熱系統(tǒng)。在這種加熱系統(tǒng)中，反應腔室可以用能夠用作感受器的材料制成，該材料例如為石墨。還提供有用于提供必需的磁場的系統(tǒng)，例如至少鄰近于感受器的局部可操作地設(shè)置的一個或者多個導電線圈。當足夠的交流電流施加到導電線圈時，所形成的磁場以公知的方式導致感受器感應加熱。
另一種現(xiàn)有加熱系統(tǒng)是電阻加熱，其中電流通過電阻元件，從而該電阻元件被加熱。除了限定反應腔室的結(jié)構(gòu)之外，電阻加熱的使用通常必須還要使用電阻元件。
可以在感應加熱系統(tǒng)和電阻加熱系統(tǒng)二者的反應腔室的外部周圍提供隔熱體，從而提高加熱效率。
然而，引入反應腔室的反應氣體會傾向于從反應腔室中泄漏或者逸散出去而進入在加熱爐內(nèi)部且在反應腔室外部的空間。
具體而言，在CVI/CVD工藝中，反應氣體通常是用于需要被沉積(例如碳化物或者碳沉積物)的分解產(chǎn)物的先導氣體。如果反應氣體到達隔熱體或者加熱系統(tǒng)，則在這些結(jié)構(gòu)上將會形成沉積物的累積，并由此而導致對功能、可靠度、和/或使用壽命產(chǎn)生不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述，所希望的是將CVI/CVD加熱爐中的加熱系統(tǒng)(以及相關(guān)的隔熱體，如果有的話)與在其中使用的反應氣體基本上隔離。
由此，本發(fā)明意欲在CVI/CVD加熱爐殼體中限定出一個區(qū)域，其中加熱系統(tǒng)(包括相關(guān)的隔熱體，如果有的話)與在CVI/CVD工藝中使用的反應氣體基本上隔離從而不與之接觸。
在一種形式中，加熱爐殼體中的被隔離區(qū)域(在此有時稱作“加熱區(qū)域”)被一種壁結(jié)構(gòu)物理地隔開，該壁結(jié)構(gòu)位于加熱爐殼體中以限定加熱區(qū)域。
在另一種附加形式中，本發(fā)明意欲將惰性氣體氣流引入加熱區(qū)域，從而相對于在反應腔室中的反應氣體而言形成一個輕微的正壓力差。該壓力差進一步抑制反應氣體進入加熱區(qū)域的趨勢。


結(jié)合附圖可以更好地理解本發(fā)明，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的處理用加熱爐的截面示意圖，其中使用感應加熱系統(tǒng)；而圖2是示出了如本發(fā)明所預期的可選擇的電阻加熱系統(tǒng)的使用的局部截面視圖。
具體實施例方式
為了簡化對本發(fā)明的描述，將首先闡述一個感應加熱的加熱爐的實例。之后，將結(jié)合附圖2來論述本發(fā)明應用于使用電阻加熱的加熱爐的可行性。
大體而言，用于CVI/CVD的加熱爐10包括一個外加熱爐殼體12，該殼體將加熱爐10的內(nèi)部與外部隔開，并且在其中限定出一定的空間。
在加熱爐10的空間中，提供有一個感受器14，如在本領(lǐng)域中眾所周知的那樣，感受器大體上是這樣一種結(jié)構(gòu)，當存在由交流電所產(chǎn)生的磁場時，它被加熱。在CVI/CVD加熱爐中的感受器14例如可以包括一個或者多個壁16、一個底板18，以及一個頂部20，它們在加熱爐10內(nèi)的總體空間之中共同限定出另一個空間或者反應腔室。需要被處理的工件，例如多孔剎車盤預成型件，被放置在由感受器14所限定的空間21之中。
用于加熱該加熱爐的系統(tǒng)概括性地在22處示出。例如，在使用感應加熱的加熱爐時，加熱系統(tǒng)22是連接到適當電源的外部電力供應點上的一個或者多個現(xiàn)有的導電線圈。這種特性的導電線圈對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言被認為是已知的，因此無須在此詳加贅述，亦不再圖解說明。
為了提高感受器14的加熱效率，可以在感受器14的一個或者多個表面的外部提供隔熱體23。隔熱體在本領(lǐng)域是已知的，例如陶瓷基的隔熱體材料，或者碳纖維隔熱體，特別是形成連續(xù)堆疊層的碳纖維。
一個或者多個氣體進入通道24設(shè)置在感受器14之中(為簡化描述起見，在圖1中僅示出了一個氣體進入通道24)。反應氣體(例如，碳氫化合物氣體)通過從外部穿過加熱爐的壁12的導管26而被引入到加熱爐10之中。導管26至少與氣體進入通道24對正，而且可以經(jīng)由例如螺栓連接或者焊接等任何適當方法而被固定到氣體進入通道上或者相對于氣體進入通道而被固定。最廣義地說，優(yōu)選的是在導管26和感受器24之間的界面處僅有微乎其微的反應氣體泄漏，或者是沒有反應氣體泄漏。通過導管26的反應氣體氣流由圖1中標記為A的箭頭來表示。
概括而言，反應氣體從工作空間通過一個多個或者氣體氣流出通道28被排出(借由現(xiàn)有的氣體移動方法，例如風扇、抽吸風機，等等。然而未予圖示)或者流出，如標記為B的箭頭所示。反應氣體然后通過一個或者多個加熱爐出口30流出或者被導致流出加熱爐10，加熱爐出口由標記為C的箭頭概括性地示出。
根據(jù)本發(fā)明的一個實例，由殼體12所限定的加熱爐的內(nèi)部空間可以是帶有分隔的，從而限定出如上所述的加熱區(qū)域。例如，如圖1中所見，提供有一個環(huán)形“支架”或者壁32，其在殼體12的內(nèi)部表面和感受器14的外部表面之間延伸。壁32由適合加熱爐10內(nèi)的操作環(huán)境的任何現(xiàn)有的固定方法所固定就位。更具體地說，壁32在其徑向內(nèi)側(cè)和外側(cè)邊緣被密封(例如，采用焊接，或者提供物理密封元件)，從而相對于在相應位置處的氣體通道具有實質(zhì)上完整的氣體密封。壁32可以優(yōu)選包括由多層構(gòu)成的組件，例如剛性和/或撓性的多個陶瓷層的堆疊。
惰性氣體，例如氬氣或者氮氣，通過惰性氣體供應導管34被施加到加熱區(qū)域，如圖1中標記為D的箭頭所示。
惰性氣體氣流D可以被一個現(xiàn)有的閥36所調(diào)節(jié)。在一個給定的閥36的調(diào)節(jié)之下，在加熱區(qū)域中的氣體氣流D可以獲得一個給定的壓力P1(由概括性地示出的壓力檢測器38所檢測)。
其中存在有反應氣體的在加熱爐殼體32中限定的空間的其余部分(有時在此稱為反應區(qū)域)的壓力P2被另一個壓力檢測器40所檢測。
所檢測到的壓力P1和P2可以被一同提供到閥控制器42(優(yōu)選是自動閥控制器)，從而相對于加熱爐殼體10內(nèi)的空間的其余部分而言，加熱區(qū)域中的惰性氣體氣流D保持一個特定的正壓力差。例如，所要保持的壓力差可以是基于加熱區(qū)域大約+0.5至大約+5毫巴，更具體地說，基于加熱區(qū)域大約+1至大約+2毫巴。在加熱區(qū)域中的這種輕微的超壓力還阻滯了反應氣體的向加熱區(qū)域內(nèi)部的任何泄漏或者說進入。
如上所述，壓力P1和P2的確定可以被有利地自動化。例如，在由每一檢測器38、40所檢測到的各壓力之間的壓力差可以以規(guī)則的間隔被自動地計算并被提供到閥控制器42。該結(jié)果然后可以被使用，以自動地調(diào)節(jié)進入加熱區(qū)域的惰性氣體氣流D。
應予理解的是，惰性氣體氣流也可以被監(jiān)測，從而為了維持在加熱區(qū)域中的給定壓力的一種異常的惰性氣體高消耗可以被視為在加熱區(qū)域的整體中、尤其是在壁32處發(fā)生氣體泄漏的指征。該確認可以被用于觸發(fā)一個可被使用者感知的報警裝置，或者可以被用作一個控制系統(tǒng)觸發(fā)信號以自動地觸發(fā)一個響應程序。
本發(fā)明在由電阻加熱系統(tǒng)代為加熱的加熱爐方面的應用與由感應加熱的加熱爐并無實質(zhì)差異。圖2是示出在電阻加熱系統(tǒng)中的各元件的布置的一個實例的局部截面視圖，然而重要的是，如上所述的理念也適用于此。亦即，由其中布置有電阻加熱系統(tǒng)的加熱爐殼體12′所限定的空間的一部分，氣體密封地與其中存在有反應氣體的位于加熱爐殼體12′中的空間的其余部分隔開。反應腔室14′設(shè)置在加熱爐殼體12′中，其中布置需要被處理的工件。一個或者多個電阻元件25可以被布置成與反應腔室14′的外部接觸或者至少與其相鄰。電阻元件25可以具有各種現(xiàn)有構(gòu)造。在一個典型實例中，電阻元件是長形元件。
如在感應加熱的加熱爐中那樣，可以提供一層隔熱體23′從而提高加熱爐的加熱效率。
雖然當使用電阻加熱系統(tǒng)時存在不同的構(gòu)造，然而，在加熱爐殼體12′中的總體構(gòu)造應用與感應加熱的加熱爐中相同的構(gòu)造。亦即，電阻加熱系統(tǒng)的各元件類似地與包含有反應氣體的加熱爐的一部分隔離，因此，對于分離壁以及惰性氣體系統(tǒng)的布置將不再重復贅述。
雖然業(yè)已參考若干特定實例對本發(fā)明作了描述以例示和解釋本發(fā)明，應予理解的是，本發(fā)明并非局限于僅僅參考那些實例的特定細節(jié)。更具體地說，本領(lǐng)域技術(shù)人員將輕易認識到的是，可以對優(yōu)選實施方案做出許多修飾和改進而不偏離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種CVI/CVD加熱爐，包括最外部的加熱爐殼體，在該加熱爐中限定出第一空間；設(shè)置在加熱爐殼體中的反應腔室，在該反應腔室中設(shè)置需要被加熱爐處理的元件；加熱系統(tǒng)，用于至少對反應腔室進行加熱；以及反應氣體循環(huán)系統(tǒng)，用于從加熱爐殼體的外部將反應氣體引入反應腔室，并用于將反應氣體傳送出反應腔室而到達加熱爐殼體的外部；其特征在于加熱系統(tǒng)位于其中的第一空間的一部分與其中存在有反應氣體的第一空間中的反應區(qū)域以實質(zhì)上氣體密封的形式而被隔離，從而限定加熱區(qū)域；以及其中加熱爐還包括惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)，該惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)被構(gòu)造并被布置用于以能相對于在第一空間中的其余部分中的壓力產(chǎn)生一個正壓力差的流率向加熱區(qū)域提供惰性氣體，從而阻滯反應氣體氣流進入加熱區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的加熱爐，其特征在于它包括加熱區(qū)域壓力檢測器，該加熱區(qū)域壓力檢測器被構(gòu)造并被布置用于確定加熱區(qū)域中的壓力，其中惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)包括一個氣流調(diào)節(jié)器，該氣流調(diào)節(jié)器可響應所檢測到的加熱區(qū)域中壓力而被操作，從而確定一個導致在加熱區(qū)域中的設(shè)定壓力的惰性氣體流率。
3.如權(quán)利要求2所述的加熱爐，其特征在于它還包括反應區(qū)域壓力檢測器，該反應區(qū)域壓力檢測器被構(gòu)造并被布置用于確定在其中存在有反應氣體的反應區(qū)域中的壓力，其中惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)的氣流調(diào)節(jié)器被構(gòu)造并被布置用于至少部分地基于所檢測到的反應區(qū)域中的壓力來控制進入加熱區(qū)域中的惰性氣體的氣流，從而獲得在加熱區(qū)域和反應區(qū)域之間的設(shè)定正壓力差。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項所述的加熱爐，其特征在于它還包括用于表示需要在加熱區(qū)域保持給定壓力而在惰性氣體氣流中發(fā)生的變化的報警裝置。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的加熱爐，其特征在于加熱系統(tǒng)是感應加熱系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的加熱爐，其特征在于加熱系統(tǒng)是電阻加熱系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1至6中的任一項所述的加熱爐，其特征在于反應腔室包括一個或者多個壁元件、一個底板元件，以及一個頂部元件。
8.如權(quán)利要求7所述的加熱爐，其特征在于包括反應氣體進入導管，該反應氣體進入導管被布置用于從加熱爐殼體的外部將反應氣體傳送到形成在反應腔室中的反應氣體進入開口。
9.如權(quán)利要求7或者權(quán)利要求8所述的加熱爐，其特征在于包括在反應腔室中的反應氣體流出開口。
10.如權(quán)利要求9所述的加熱爐，其特征在于包括一個在加熱爐殼體中的反應氣體出口。
11.如權(quán)利要求2或者權(quán)利要求3所述的加熱爐，其特征在于它還包括一個控制器，該控制器用于基于所檢測到的加熱區(qū)域的壓力和反應區(qū)域的壓力中的一個或者兩個，自動地控制氣流調(diào)節(jié)器。
12.如權(quán)利要求1所述的加熱爐，其特征在于包括一個屏障壁，該屏障壁用于將加熱區(qū)域與反應區(qū)域相區(qū)隔，該屏障壁包括至少一個陶瓷層。
全文摘要
CVI/CVD加熱爐的一部分，其中用于對加熱爐進行加熱的加熱系統(tǒng)位于與暴露于在其中存在的反應氣體之下的加熱爐的其余部分相隔離。加熱爐的殼體可以例如設(shè)有一個起分隔作用的壁或者類似裝置，以提供物理分隔。另外，惰性氣體例如氬氣或者氮氣被提供到包含加熱系統(tǒng)的加熱區(qū)域，從而與其中存在有反應氣體的部分相比，加熱爐的一部分處于正壓力差之下。結(jié)果，反應氣體與加熱系統(tǒng)的接觸被阻滯，而該接觸將導致在其上的沉積。更為廣義地說，在加熱爐中的反應氣體氣流的控制被施加以更佳的控制。
文檔編號C23C16/46GK101063195SQ20071010470
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月25日
發(fā)明者L·朗萬, P·茹阿諾 申請人:馬塞爾-布加蒂股份有限公司