[發明專利]感應加熱的熱處理烤箱

有效

• 申請號: 200910135329.8
• 申請日: 2009-04-20
• 公開（公告）號: CN101560651A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: B·德爾佩里耶;Y·博德里;O·珀蒂讓
• 申請（專利權）人: 斯奈克瑪動力部件公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/26
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司
• 代理人: 程 偉;王錦陽

技術領域

本發明涉及用于進行熱處理的感應加熱烤箱或裝置，并且其中處 理中所使用的氣體在導入烤箱的處理腔之前被預先加熱。這樣的烤箱 特別應用于熱化學處理，例如通過化學氣相滲透(chemical?vapor infiltration)來滲碳部件或增密多孔襯底。

背景技術

本發明的應用領域是利用熱結構復合材料制造部件，其中所述熱 結構復合材料指既具有適于構造結構部件的機械特性，又能夠在高溫 下保持這些特性的材料。熱結構復合材料的典型實例是碳/碳(C/C) 復合材料，其具有由熱解碳基(pyrolytic?carbon?matrix)增密的碳纖維 加強結構，以及陶瓷基復合材料(CMC)，其具有由陶瓷基增密的耐火 纖維加強結構(由碳或陶瓷構成)。

一種已知的用于增密多孔襯底從而制造C/C或CMC復合材料部件 的方法是化學氣相滲透(CVI)。待增密的襯底被放置在爐子或烤箱的 裝載區并在此加熱。包含一種或多種用于構成基的材料的前驅氣體 (gaseous?precursors)的反應氣體被導入烤箱。控制烤箱內的溫度和壓 力，使得反應氣體能夠通過分解反應氣體中的一種或多種成分或者通 過多種成分之間的化學反應，在襯底的孔中擴散并在其中形成基構造 材料的沉積物，其中所述成分構成了基的前體。該處理在低壓下進行， 從而促使反應氣體向襯底中擴散。轉換該前體從而構成基體材料(例 如熱解碳或陶瓷)的溫度通常高于900℃，典型地接近1000℃。

為了確保在烤箱的裝載區進行的襯底增密在密度的增加方面和所 構成的基體材料的微結構方面都盡可能均勻，裝載區內的溫度需足夠 均勻。

因此，烤箱通常包含用于預加熱反應氣體的預加熱腔或區，位于 使反應氣體進入烤箱的入口和裝載區之間。通常，預加熱區包含多個 穿孔板，反應氣體從這些穿孔板中通過。

與襯底一樣，用于預加熱氣體的板因其位于烤箱中而被加熱。烤 箱本身通常通過由例如石墨構成的被稱為“感受器”的感應次級加熱， 其界定了烤箱的側壁，并且連接到烤箱周圍的磁場繞組或“感應線圈” 上。根據已知的感應加熱理論，當感受器被放置在由感應線圈中流動 的電流產生的變化的磁場中時，感生電流在該感受器中流動，其中該 感生電流“反映”該感應電流。感生電流在感受器中流動使得感受器 通過焦耳效應被加熱。以這種方式耗散的熱量通過放射傳遞到由感受 器界定的烤箱的包圍中。

對于大尺寸(大直徑)的烤箱，申請人觀察到裝載板受到顯著的 溫度變化。一個重要的實例是襯底的等溫化學氣相滲透(ICVI)，其中 襯底由碳纖維的環形預制件或由預增密的環形坯構成，用于制造C/C 復合制動盤。襯底被放置在裝載區中的一個或多個垂直架中，位于在 烤箱底部的反應氣體預加熱腔之上。在增密過程中使反應氣體溫度的 變化達到最小以降低增密的非均勻性并避免產生不期望的氣體種類是 很重要的。但是，采用上述類型的預加熱腔，已經觀察到顯著的溫度 變化。

通常，對于任何具有氣體預加熱腔的熱處理烤箱，希望該腔的出 口處的氣體的預加熱在整個熱處理過程中允許有效的熱控制。

為了解決所述問題，可以想象，可通過擴大加熱區來提高氣體預 加熱的有效性，特別是對于給定的總烤箱體積，通過增大其加熱區的 體積，來消減裝載區的體積。然而，例如化學氣相滲透過程這樣的處 理，需要工業級別的大量的投入，并且需要很長的時間進行處理。因 此不論是已經投入使用的烤箱還是待制造的新烤箱，都非常需要烤箱 表現出高水平的生產力，并且因此需要用于裝載待處理的襯底或部件 的工作體積與用于加熱反應氣體的體積相比盡可能的大。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種熱處理烤箱的設計，所述烤箱能夠 提高預加熱的效力，而不需要大體積的氣體加熱區，因此不會降低烤 箱的產能，甚至可能會提高產能。

為達此目的，本發明提出了一種熱處理烤箱，該烤箱包含裝載或 處理區、至少一個氣體入口、位于烤箱中在氣體入口和裝載或處理區 之間的氣體預加熱腔、至少包含圍繞預加熱腔和裝載或處理區的側壁 的感受器(susceptor)、以及適用于通過感應加熱側壁的磁場繞組，根 據本發明，在該烤箱中，位于預加熱腔附近的感受器的側壁的部分具 有至少兩個在圓周上彼此分開的凹進，從而在所述側壁的所述部分構 成厚度減小的部分。