包括高容量预加热器区的CVI致密化装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及热化学处理装置(100)，包括：反应室(140)、至少一个气体入口(104)和位于气体入口(104)与反应室(140)之间的气体预加热器室(110)。预加热器室(110)具有一个在另一个上面的、相互间隔开的多个穿孔分布板(111‑114)。至少在相对分布板之间，预加热器室(110)还包括多个壁(1110、1120、1130)，其限定了所述板(111‑114)之间的气流的流动路径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及用于进行热处理的装置或烘箱，其中，对用于处理的气体进行预加热，之后引入到装置的处理室中。此类装置具体用于进行热化学处理，例如通过化学气相渗透进行部件的渗碳化或者多孔基材的致密化。本专利技术的应用领域是从热结构复合材料制造部件，即从同时具有使其适用于构造结构部件的机械性质并且还能够在高温下保留这些性质的能力的复合材料进行制造。热结构复合材料的典型例子是：碳/碳(C/C)复合物，其具有通过热解碳的基质致密化的碳纤维的强化织物，以及陶瓷基质复合物(CMC)，其具有通过陶瓷基质致密化的耐火纤维(碳或陶瓷)的强化织物。对多孔基材进行致密化从而制造C/C或CMC复合部件的众所周知的方法是化学气相渗透(CVI)。将用于致密化的基材放在装置的负载区中，在其中对其进行加热。将含有一种或多种构成基质的材料的气态前体的反应性气体引入烘箱中。对装置内部的温度和压力进行调节，从而使得反应性气体能够在基材的孔中扩散，并且作为反应性气体的一种或多种组分发生分解的结果或者作为多个组分之间发生反应的结果，在其中沉积构成基质的材料，这些组分形成基质的前体。在低压下进行该工艺，从而有助于反应性气体在基材内扩散。前体发生转变从而形成基质材料(例如热解碳或陶瓷)的温度通常位于900-1100℃，但是对于通过化学气相沉积(CVD)的热解碳的大量沉积，该温度仍然可能高至2000℃。为了在整个负载区中进行基材中尽可能均匀的致密化(无论这是以密度增加方面进行测量或者以形成的基质材料的微结构方面进行测量)，需要使得反应性气体在尽可能低且均匀的温度下渗透进入负载区。因此，装置通常包括用于对气体进行预加热的工具。此类预加热器工具可以位于装置的周界，即，位于气体进入装置的处理容器之前的路径上。此类预加热器工具增加了装置的复杂度和整体尺寸。为了避免这些缺点，已知提供具有用于对反应性气体进行预加热的区或室的装置，所述区或室位于用于使得反应性气体进行装置的入口与负载区之间。通常来说，预加热器区包括多个穿孔板，经由其使得反应性气体通过。作为存在于装置中的结果，对气体预加热器板，例如基材，进行加热。通常通过感应加热或者电加热方式，例如装在装置的壁中的电阻器元件对装置进行加热。然而，虽然预加热器室能够在将反应性气体引入负载区之前进行加热，这难以控制预加热器室中的反应性气体的温度，从而其是呈径向均匀的，特别是大直径的装置中。为了解决该问题，可能考虑可以通过放大预加热器区，特别是通过垂直增加其体积，来增加对气体进行预加热的效率，即使这对于总体积不变的装置会有损负载区的体积。不幸的是，在工业规模上，诸如化学气相渗透工艺之类的处理需要昂贵的投资，并且需要长的耗时。因此，非常希望装置具有高水平的生产力，无论它们是已经安装进行使用或者尚未制造的新装置，因此，希望它们在旨在负载进行处理的基材或部件的工作体积与旨在加热反应性气体的体积之间具有尽可能大的比例。专利技术目的和概述本专利技术的目的是提供用于热化学处理装置的设计，其能够将气流预加热至确定的温度，同时使得装置的中心与(在预加热器室的出口的)周界之间的温差最小化，并且无需增加其体积，从而增强装置的生产力。为此，本专利技术提供了热化学处理装置，其包括：反应室、至少一个气体入口以及位于气体入口和反应室之间的气体预加热器室，所述预加热器室具有一个在另一个上面的、多个相互间隔开的穿孔分布板，所述装置的特征在于，预加热器室还包括：在至少两个相对分布板之间的限定了所述板之间的气流的流动路径的多个壁，每个壁在所述至少两个相对分布板之间垂直延伸。通过在分布板之间使用壁，首先通过经由对流增加的热交换，并且其次，通过延长移动路径进而延长气体通过预加热器室的通行时间，增加了预加热器室的热容量。还改善了离开预加热器室的反应性气体的温度分布的均匀性，并且无论装置的直径如何，这都是适用的。对于本专利技术的装置，可以获得相同或者甚至改善的预加热性能，同时使用的预加热器室的体积小于不具有此类壁的室的体积。或者，对于相同的预加热器室体积，对于本专利技术具有壁的预加热器室，在温度和加热均匀性方面获得的性能相比于不具有此类壁的预加热器室得到明显改善。根据本专利技术的装置的特性，分布板是碟状的，并且至少部分壁在所述板之间以径向方向延伸。该布置的作用是引导气流在板的整个表面上流动，从而使得热传输最大化。根据本专利技术的装置的另一个特性，至少部分壁具有波状形状，从而可以延长壁，因而延长气流的热交换区域。根据本专利技术的装置的另一个特性，壁具有的导热性在平行于分布板的方向大于垂直于所述穿孔板的方向。这使其可以在分布板之间限定各向异性的热传导，从而在装置的冷部分与负载区之间产生部分热去耦，同时还增加了预加热器室的热容量。在这些情况下，壁可以由石墨制造或者由复合材料制造，所述复合材料具有通过基质致密化的纤维强化，强化纤维大部分以平行于分布板的方向延伸。根据本专利技术的装置的另一个特性，壁的数量在靠近分布板的周界处大于所述板的中心处。这优化了板之间的壁分布，并且还增加了气流的热交换面积。根据本专利技术的装置的另一个特性，其包括在预加热器室的分布板上方的负载板，所述负载板经由穿过分布板的柱支撑。这提供了预加热器室的机械功能与热功能之间的去耦。附图说明参照附图的非限制性例子，阅读如下描述，清楚地了解根据本专利技术致密化烘箱的其他特征和优点，其中：图1是根据本专利技术实施方式的用于化学气相渗透的装置的截面示意图；图2是放大图，透视显示图1的装置的预加热器室的组件元件；图3是图2的预加热器室的分布板的平面图；图4是放大图，透视显示根据本专利技术的另一个实施方式的预加热器室的组件元件；以及图5是图4的预加热器室的分布板的平面图。实施方式的详述本专利技术适用于用作进行热处理的任意类型的装置或烘箱，其中，在预加热器室中对用于处理的气体进行预加热，之后引入到装置的处理或负载区中。此类装置具体用于进行热化学处理，例如通过化学气相渗透进行部件的渗碳化或者多孔基材的致密化。参见图1-3描述了致密化烘箱的第一个实施方式。图1显示用于通过化学气相渗透进行致密化的装置100，其被圆柱形侧壁101、底壁102和顶壁103所限定。下文详细描述的结构的气体预加热器室110在烘箱的底部102与负载板120之间延伸。管道106通过底部102连接反应性气体入口104和预加热器室110。将用于致密化的基材130放在负载区或者反应室140中，作为多个环状垂直堆叠131，由负载板120支撑。具有多个与堆叠的内部体积130a对准的通道121，并且每个堆叠在其顶部由覆盖物132封闭。基材130的堆叠131位于负载板120上，并且可以将它们再细分成多个重叠区段，它们被一个或多个中间板122分开，其具有与基材130中的通道对准的中心通道122a。通过限定了间隙的间隔楔133，将每个基材130与相邻基材隔开，或者当适用的情况下，与相邻板120、122或者覆盖物132隔开。楔133，或者至少部分楔133布置成留出用于体积130a与141之间的气体的通道。制造这些通道从而基本平衡体积130a与141之间的压力，如专利文件US 5 904 957所述，或者构成简单的泄露通道，维持体积130a与141之间的压力梯度，如专利申请EP 0 063 988所述。使得含有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热化学处理装置(100)，其包括：反应室(140)、至少一个气体入口(104)以及位于所述气体入口(104)和所述反应室(140)之间的气体预加热器室(110)，所述预加热器室(110)具有一个在另一个上面的、相互间隔开的多个穿孔分布板(111‑114)，所述装置的特征在于，在至少两个相对分布板之间，所述预加热器室(110)还包括限定了所述板(111‑114)之间的气流的流动路径的多个壁(1110、1120、1130、1140)，每个壁在所述至少两个相对分布板之间垂直延伸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.14 FR 14521511.一种热化学处理装置(100)，其包括：反应室(140)、至少一个气体入口(104)以及位于所述气体入口(104)和所述反应室(140)之间的气体预加热器室(110)，所述预加热器室(110)具有一个在另一个上面的、相互间隔开的多个穿孔分布板(111-114)，所述装置的特征在于，在至少两个相对分布板之间，所述预加热器室(110)还包括限定了所述板(111-114)之间的气流的流动路径的多个壁(1110、1120、1130、1140)，每个壁在所述至少两个相对分布板之间垂直延伸。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分布板(111-114)是碟状的，并且至少部分的壁(1110、1120、1130、1140)在所述板之间以径向方向延伸。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，至少部分的壁(2110、2120、2130、2140)具有波状形状。4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述壁(1110、1120、1130、1140)的导热性在平行于所述分布板(111-114)的方向大于垂直于所述穿孔板的方向。5.如权利要求4所述的装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·戴尔佩里亚，JF·颇汀，S·苏利纳克，
申请(专利权)人：赫拉克勒斯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR