立式高温真空包渗炉制造技术

本发明专利技术提供了一种立式高温真空包渗炉，包括炉体、保温层、加热元件、活化剂装置和真空系统，所述的炉体为竖直放置的中空圆柱，两端分别通过上盖和下盖封闭；所述的炉体内壁布设保温层，保温层内形成热区；所述的加热元件安装在热区中；所述的真空系统与炉体连通；所述的活化剂装置安装在升降装置上，位于炉体下方，能够穿过炉体下盖的通孔进入炉体内；所述的活化剂装置中，活化剂置于活化剂容器内，活化剂容器外安装有独立加热器，待加工工件置于填充硅颗粒的产品箱内，活化剂容器和产品箱通过石墨管连通。本发明专利技术能够实现渗硅制备工艺。

Vertical high temperature vacuum infiltration furnace

The invention provides a vertical high temperature vacuum infiltration furnace, including furnace body, insulation layer, heating element, activator device and vacuum system. The furnace body is a hollow cylinder placed vertically, both ends are closed separately through the upper cover and the lower cover; the inner wall of the furnace body is arranged with a thermal insulation layer, and the heat zone is formed in the insulation layer. The heat element is installed in the heat zone; the vacuum system is connected with the furnace body; the activator device is installed on the lifting device, under the furnace body, and can pass through the through hole of the lower cover of the furnace body into the furnace; in the activator device, the activator is placed in the activator container, and the activator container is installed to be independently heated outside the activator container. The workpiece to be processed is placed in the product box filled with silicon particles, and the activator container and the product box are connected through a graphite tube. The invention can realize the preparation process of silicon percolation.

【技术实现步骤摘要】
立式高温真空包渗炉
本专利技术涉及一种抗氧化涂层制取的真空设备，尤其是对铌钨合金工件进行高温渗硅的真空抗氧化涂层设备。
技术介绍
已知火箭发动机在工作过程中推力室承受高温烧蚀，采用高温合金表面喷涂改性层结构可以减轻推力室重量，有效提升推力室耐高温抗氧化性能，对于提高轨、姿控发动机比冲量、提高航天器寿命有重要作用。铌铪合金(NbHf10-1)是我国目前双组元液体火箭发动广泛使用的材料，该材料在硅化铌高温抗氧化涂层保护下工作温度为1200～1300℃。铌钨合金(Nb521)是近几年国内研制的用于发动机喷管的新材料，采用料浆喷涂或刷涂，然后烧结的工艺方法制备硅化物高温抗氧化涂层后，最高使用温度上限为1500℃，是目前材料的最高使用温度。但在生产实际中，某些推力室壁温测量温度已经达到1700℃。推力室材料体系的耐高温抗氧化能力实际上已经成为制约新型姿轨控发动机性能进一步提高的最大瓶颈。目前已知乌克兰等国家采用离子溅射工艺在铌钨合金基体内外表面沉积Mo层，然后采用真空包渗工艺使Mo层硅化生成MoSi2涂层，可以使推力室的工作温度提高到1700℃。这在国内尚属空白，因此，需要有一种实现渗硅制备工艺的真空设备。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种对铌钨合金工件进行真空抗氧化涂层制备的设备，能够实现渗硅制备工艺。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温真空包渗炉，包括炉体、保温层、加热元件、活化剂装置和真空系统。所述的炉体为竖直放置的中空圆柱，两端分别通过上盖和下盖封闭；所述的炉体内壁布设保温层，保温层内形成热区；所述的加热元件安装在热区中；所述的真空系统与炉体连通；所述的活化剂装置安装在升降装置上，位于炉体下方，能够穿过炉体下盖的通孔进入炉体内；所述的活化剂装置中，活化剂置于活化剂容器内，活化剂容器外安装有独立加热器，待加工工件置于填充硅颗粒的产品箱内，活化剂容器和产品箱通过石墨管连通。所述的炉体上安装有爆破膜片安全阀和压力传感器，炉体壳壁、上盖和下盖由不锈钢制成，有冷却夹套，冷却水下进上出。所述的上盖开孔安装连通活化剂结晶器的蒸汽导管，收集活化剂蒸汽并强制结晶。所述的蒸汽导管下端采用喇叭口形式，蒸汽管道内部采用隔板交错排列的方式延长活化剂蒸汽的排放路线。所述的保温层采用石墨硬毡制成。所述的加热元件采用三相加热器。所述的升降装置包括滑块、立柱、配重、吊索和支架；所述的滑块通过涡轮蜗杆减速器沿立柱侧壁的齿条上下运动；所述的立柱上端安装定滑轮，滑块和配种之间通过绕过定滑轮的吊索连接；所述的支架通过支撑轴承安装在滑块上，使得支架能够绕立柱转动；所述的活化剂装置通过若干弹簧安装到支架上；所述滑块的上下两端安装有限位开关。本专利技术的有益效果是：本专利技术的加热元件选用碳碳复合材料，未发现国内企业使用作为加热元件，达到国际先进水平，能够满足工艺高温要求；本专利技术的炉衬选取节能耐火材料--石墨毡，并根据产品箱与活化剂容器两区同炉但独立控温、并且温差500℃的特点，采取不同位置采用不同组合结构形式，既能实现工作区域较好的温度均匀性和控温性，又方便维护；本专利技术采用先进的模糊控制PID技术，根据系统性能在线调整控制器的参数,从而根据具体对象有效地进行调节，稳态精度和响应时间均达到了预期效果，提高了劳动生产率。附图说明图1为本专利技术的高温真空包渗炉的结构示意图；图2为炉体的结构示意图；图3为炉体炉壳的结构示意图；图4为炉体保温结构的截面剖视图；图5为炉体加热元件的主视图；图6为炉体加热元件的俯视图；图7为高温真空包渗炉活化剂装置的截面剖视图；图8为高温真空包渗炉升降装置的截面剖视图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术提供的高温真空包渗炉由炉体、保温层、加热元件、活化剂装置、真空系统及辅助系统组成。炉体具有圆筒形侧壁、上盖和下盖，所述的上盖和下盖中心位置均开有通孔，所述通孔的尺寸设计成可容下产品箱外径。保温层，布置于所述的炉体内，所述的保温层内形成热区。加热元件，安装在所述保温层的热区中。活化剂装置安装在升降装置的所述支架上，位于炉体正下方。真空系统与炉体相连接，可将所述的炉体内部区域抽成真空。辅助系统与炉体、升降装置、真空系统相连接，进行冷却系统控制、气控系统控制、数据采集和实施监控，提高抗氧化涂层设备的自动化程度。如图1所示，本专利技术由平台1、炉体2、升降装置3、活化剂装置4、真空系统5和辅助系统(含水冷系统、控制系统和气控系统)组成。如图2所示，所述的炉体2由炉子主体6、主加热器8和保温装置7三部分组成。炉体2为立式加热炉，炉体上安装有爆破膜片安全阀、压力传感器及连接固定附件。如图3所示，壳体13由不锈钢筒体组成，两端面为法兰结构，用于上盖11和下盖15相连接。壳壁有冷却夹套，冷却水为下进上出形式。侧面装有带冷却夹套的直角弯管9，用于连接真空系统5。壳体上装有三个带冷却电极12，用于给壳体内的主加热器8供电。在壳体13外表面上装有三个支座14，用于将整个炉子固定在平台1上。上法兰开有密封槽，用于筒体与上盖11的密封连接。上盖11含有冷却夹套，水沿冷却夹套由下向上流动。上盖11上装有活化剂结晶器，用于对活化剂蒸汽强制结晶，上盖11外表面上装有三个起吊装置10，用于吊起或放下上盖11。下盖15与上盖11结构类似，区别是下盖15底部有一个中心孔，作为产品的进出口。如图4所示，所述的保温装置7由上端保温层16、导向螺栓17、中间保温层18、固定框架19和下端保温层20组成。固定框架19是金属框架结构，其内部装有由石墨硬毡组成的保温层，上部是固定环，环上焊有三个用于安装固定框架的支座。顶上的绝热体开圆孔，用于蒸汽导管的安装。蒸汽导管下端采用喇叭口的形式，用于最大程度的捕捉从活化剂容器28中冒出的活化剂蒸汽，并将它们导向到炉子上盖的结晶器中。为了降低从活化剂容器出来的活化剂蒸汽温度，蒸汽管道内部采用隔板交错排列的方式延长排放路线来降低温度。保温结构采用石墨硬毡制成的整体式环状保温层，保温层的上下端为平板状，固定在金属框架19结构中，上端保温层16开有圆孔，用于活化剂蒸汽收集器的安装。下端保温层20开有台阶式圆孔，用于与活化剂装置4保温层对接，保证主加热区与活化剂装置4中的活化剂加热区温度独立控制，不相互影响。如图5、图6所示，加热元件8采用的是三相加热器，由螺母21、连接固定装置22、绝缘连接板23、碳-碳复合材料板材24和下固定装置25等五个部分组成，碳-碳复合材料板材24按三角形接线方式连接，最好选用德国西格里碳-碳复合材料，高温强度高，电参数稳定。上端用石墨材料制成的异型块引出三路电源导线，异型块外层套有刚玉套，用于在保温装置7上固定加热元件8。如图8所示，升降装置3用于将产品装入和取出炉体2，由电机驱动，并能实现活化剂装置4上下平稳移动、缓慢贴合，采用接近传感器保证移动不会过行程。升降装置3由壳体44、滑块45、立柱38、转动组件36、配重39、吊索51、安装板42、支架50、带电机减速机48及连接部件组成。滑块45可绕立柱38正负90°旋转并可在任意位置停止并锁死。壳体44是铝合金框架结构，壳体44装在滑块45上，滑块45装在立柱38上。为了将壳体44固定在滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立式高温真空包渗炉，包括炉体、保温层、加热元件、活化剂装置和真空系统，其特征在于：所述的炉体为竖直放置的中空圆柱，两端分别通过上盖和下盖封闭；所述的炉体内壁布设保温层，保温层内形成热区；所述的加热元件安装在热区中；所述的真空系统与炉体连通；所述的活化剂装置安装在升降装置上，位于炉体下方，能够穿过炉体下盖的通孔进入炉体内；所述的活化剂装置中，活化剂置于活化剂容器内，活化剂容器外安装有独立加热器，待加工工件置于填充硅颗粒的产品箱内，活化剂容器和产品箱通过石墨管连通。

【技术特征摘要】
1.一种立式高温真空包渗炉，包括炉体、保温层、加热元件、活化剂装置和真空系统，其特征在于：所述的炉体为竖直放置的中空圆柱，两端分别通过上盖和下盖封闭；所述的炉体内壁布设保温层，保温层内形成热区；所述的加热元件安装在热区中；所述的真空系统与炉体连通；所述的活化剂装置安装在升降装置上，位于炉体下方，能够穿过炉体下盖的通孔进入炉体内；所述的活化剂装置中，活化剂置于活化剂容器内，活化剂容器外安装有独立加热器，待加工工件置于填充硅颗粒的产品箱内，活化剂容器和产品箱通过石墨管连通。2.根据权利要求1所述的立式高温真空包渗炉，其特征在于：所述的炉体上安装有爆破膜片安全阀和压力传感器，炉体壳壁、上盖和下盖由不锈钢制成，有冷却夹套，冷却水下进上出。3.根据权利要求1所述的立式高温真空包渗炉，其特征在于：所述的上盖开孔安装连通活化剂结...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨富宁，马尧，刘广续，梁宝恩，艾昌辉，王少卫，
申请(专利权)人：西安航天发动机厂，
类型：发明
国别省市：陕西,61