一种氮化硅烧结炉的制作方法

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1.本发明涉及烧结炉技术领域，特别是涉及一种氮化硅烧结炉。

背景技术：

2.烧结，是指把粉状物料转变为致密体，是一个传统的工艺过程，人们很早就利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金(如硬质合金)、耐火材料、超高温材料等，一般来说，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体是一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成，烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布，进而影响材料的性能；真空烧结炉是指在真空环境中对被加热物品进行保护性烧结的炉子，其加热方式比较多，如电阻加热、感应加热、微波加热等；在氮化硅的生产过程中，多采用真空烧结炉对硅粉和氮气进行烧结。
3.目前氮化硅的制备烧结时，氮气在烧结炉内通常保持一个单一方向的持续定向流动，而气流的定向流向会造成流动方向上产品的性能的差异性，影响因素较多，例如气体的微量杂质、炉内挥发物的影响，气体在炉内的流动状态等。硅粉氮化过程虽然原理简单，但实际反应是非常复杂的，要获得高α相含量的氮化硅粉，核心就是对工艺过程中温度、压力、气体的工艺控制，硅粉氮化过程是放热过程，随着反应的进行大量放出的热会提高物料的局部温度，单一方向气流会加剧后方的温度提升，而氮化硅粉中α相是高温不稳定相，在后方过热的情况下已生成的α相氮化硅粉很容易部分转化为β相，从而影响粉体的烧结活性，因此需要对现有烧结炉设备的进气系统进行改进。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种氮化硅烧结炉，以解决上述现有技术存在的问题，能够改善烧结炉内气流流向，从而解决产品质量不稳定的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种氮化硅烧结炉，包括炉壳、抽真空系统、气路系统，所述炉壳内部固定设置有炉胆，炉胆的侧壁上设置有加热元件和热电偶，所述气路系统包括上气路系统和下气路系统，所述上气路系统包括上布气管、上进气管、上排气管，上布气管设置在炉胆的顶壁下方，上进气管穿过炉壳和炉胆与上布气管连通，上排气管设置在炉壳外面并与上进气管连通，在上进气管的入口处设置有第一阀门，在上排气管的出口处设置有第二阀门；所述下气路系统包括下布气管、下进气管、下排气管，下布气管嵌在炉胆的底壁槽内，下进气管穿过炉壳和炉胆与下布气管连通，下排气管设置在炉壳外面并与下进气管连通，在下进气管的入口处设置有第三阀门，在下排气管的出口处设置有第四阀门；所述上排气管和下排气管的末端分别与总排气管连接，所述总排气管与过滤箱固定连接，所述过滤箱的内部固定连接有第一过滤板，且过滤箱的下端内部中间位置处固定连接有吹风扇，所述过滤箱的左端固定连接有除尘管，且除尘管的内部固定连接有抽风机，所述除尘管的另一端固定连接有布袋除尘器，所述过滤箱的右端下侧固定连接有出气管。
7.可选的，所述抽真空系统包括与所述炉壳内部连通的第一抽气管，第一抽气管的内部设有密封盖，密封盖远离炉壳的一端设有伸缩杆，伸缩杆的另一端伸出第一抽气管并连有气缸，第一抽气管的另一端连有第二抽气管，第二抽气管的内部设有过滤装置，第二抽气管的另一端连有真空泵。
8.可选的，所述炉壳上方的侧壁上固定设置有水箱，所述上排气管远离所述上进气管的一端伸入到所述水箱中，所述水箱的内部设有波浪形的第一管道，第一管道的一端与所述上排气管相连，第一管道的另一端连有第二管道，第二管道的另一端位于水箱的外部，且所述第二管道与所述过滤箱顶部的总排气管连接，水箱的一侧设有进水管，水箱的另一侧设有出水管。
9.可选的，所述炉壳下方的侧壁上固定设置有水箱，所述下排气管远离所述下进气管的一端伸入到所述水箱中，所述水箱的内部设有波浪形的第一管道，第一管道的一端与所述下排气管相连，第一管道的另一端连有第二管道，第二管道的另一端位于水箱的外部，且所述第二管道与所述过滤箱顶部的总排气管连接，水箱的一侧设有进水管，水箱的另一侧设有出水管。
10.可选的，所述过滤装置包括沿靠近真空泵方向依次设置在第二抽气管内部的第一过滤网、第二过滤网和第三过滤网，且第一过滤网、第二过滤网和第三过滤网的网孔直径依次减小。
11.可选的，所述过滤箱的上端左右两侧均固定连接有弹簧，且弹簧的另一端固定连接有挡板。
12.可选的，所述炉壳为双层结构，在炉壳的底部设置有流水进管，在炉壳的顶部设置有流水出管，所述流水进管和流水出管均与双层结构的内部空间连通。
13.可选的，炉胆的结构从外向内依次为外壳和保温层，所述保温层由内到外依次包括石墨毡保温层、硅酸铝纤维保温层和耐火砖保温层。
14.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
15.本发明通过配置上气路系统和下气路系统，控制第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门的打开和闭合组合配置，可对烧结炉内的氮气流向进行双向循环控制，从而明显改善了炉内烧结制备的氮化硅的质量均匀稳定性。第二抽气管内设置的第一过滤网、第二过滤网和第三过滤网可以很好的将炉体内部的灰尘过滤吸附，第一抽气管内设置的密封盖可以在抽完真空后将第一抽气管堵住，避免了抽真空时炉体内部的灰尘和真空烧结时产生的热气进入到真空泵的内部而损害真空泵。通过设置的第一过滤板、弹簧、挡板及布袋除尘器，当第一过滤板上端过滤的灰尘影响到第一过滤板使用时，通过设置的吹风扇对第一过滤板上的杂质进行清洗，从而再通过设置的抽风机将灰尘抽入布袋除尘器内部，从而增加第一过滤板的使用效率和使用寿命，当吹风机对第一过滤板吹风时，通过设置的弹簧带动挡板将排气管关闭，从而防止过滤箱内部的杂质通过排气管吹回烧结炉内部。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获
得其他的附图。
17.图1为本发明氮化硅烧结炉结构示意图；
18.图2为本发明过滤箱内部结构示意图；
19.图3为本发明图2中a处的局部放大示意图；
20.附图标记说明：100-氮化硅烧结炉，1-炉壳，2-炉胆，3-上布气管，4-上进气管，5-上排气管，6-第一阀门，7-第二阀门，8-下布气管，9-下进气管，10-下排气管，11-第三阀门，12-第四阀门，13-总排气管，14-过滤箱，15-第一过滤板，16-吹风扇，17-除尘管，18-抽风机，19-布袋除尘器，20-出气管，21-第一抽气管，22-密封盖，23-气缸，24-第二抽气管，25-真空泵，26-水箱，27-第一管道，28-第二管道，29-进水管，30出水管，31-第一过滤网，32-第二过滤网，33-第三过滤网，34-弹簧，35-挡板，36-流水进管，37-流水出管，38-匣钵组。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明的目的是提供一种氮化硅烧结炉，以解决上述现有技术存在的问题，能够改善烧结炉内气流流向，从而解决产品质量不稳定的问题。
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
24.如图1、图2和图3所示，本发明提供一种氮化硅烧结炉100，包括炉壳1、抽真空系统、气路系统，炉壳1为双层结构，在炉壳1的底部设置有流水进管36，在炉壳1的顶部设置有流水出管37，流水进管36和流水出管37均与双层结构的内部空间连通。炉壳1内部固定设置有炉胆2，炉胆2的侧壁上设置有加热元件和热电偶，炉胆门与炉胆为非完全密封连接，允许少量的气体通过，炉胆2的结构从外向内依次为外壳和保温层，保温层由内到外依次包括石墨毡保温层、硅酸铝纤维保温层和耐火砖保温层。在炉壳外壁上设置有加热系统，加热系统的电极穿过炉胆，与设置在炉胆侧壁上的加热元件连接，加热元件为硅钼棒。在炉胆侧壁上还设置有热电偶，热电偶的探头伸入炉膛内；气路系统包括上气路系统和下气路系统，上气路系统包括上布气管3、上进气管4、上排气管5，上布气管3设置在炉胆2的顶壁下方，上进气管4穿过炉壳1和炉胆2与上布气管3连通，上排气管5设置在炉壳2外面并与上进气管4连通，在上进气管4的入口处设置有第一阀门6，在上排气管4的出口处设置有第二阀门7；下气路系统包括下布气管8、下进气管9、下排气管10，下布气管8嵌在炉胆2的底壁槽内，下进气管9穿过炉壳1和炉胆2与下布气管8连通，下排气管10设置在炉壳1外面并与下进气管9连通，在下进气管9的入口处设置有第三阀门11，在下排气管10的出口处设置有第四阀门12；上进气管4和下进气管9均与氮气供应装置连通，在上布气管3和下布气管8上均开设有多个布气小孔，布气小孔与炉胆2内部连通；上排气管5和下排气管10的末端分别与总排气管13连接，总排气管13与过滤箱14固定连接，过滤箱14的内部固定连接有第一过滤板15，且过滤箱14的下端内部中间位置处固定连接有吹风扇16，过滤箱14的左端固定连接有除尘管17，且除尘管17的上连接有大门，除尘管17的另一端固定连接有布袋除尘器19，布袋除尘器19底侧边
缘开管道处连接有抽风机18，当吹风扇运行时，除尘管处的阀门打开，当炉体运行时，该处阀门关闭，过滤箱14的右端下侧固定连接有出气管20，出气管20上设有阀门，过滤箱14的上端左右两侧均固定连接有弹簧34，且弹簧34的另一端固定连接有挡板35。
25.抽真空系统包括与炉壳1内部连通的第一抽气管21，第一抽气管21的内部设有密封盖22，密封盖22远离炉壳1的一端设有伸缩杆23，伸缩杆23的另一端伸出第一抽气管并连有气缸23，第一抽气管21的另一端连有第二抽气管24，第二抽气管24的内部设有过滤装置，过滤装置包括沿靠近真空泵25方向依次设置在第二抽气管24内部的第一过滤网31、第二过滤网32和第三过滤网33，且第一过滤网31、第二过滤网32和第三过滤网33的网孔直径依次减小，第二抽气管24的另一端连有真空泵25。
26.炉壳1上方的侧壁上固定设置有水箱26，上排气管5远离上进气管4的一端伸入到水箱26中，水箱26的内部设有波浪形的第一管道27，第一管道27的一端与上排气管5相连，第一管道27的另一端连有第二管道28，第二管道28的另一端位于水箱26的外部，且第二管道28与过滤箱14顶部的总排气管13连接，水箱26的一侧设有进水管29，水箱26的另一侧设有出水管30。炉壳1下方的侧壁上固定设置有水箱26，下排气管10与位于炉壳下方的水箱对应连接，下排气管10远离下进气管9的一端伸入到水箱26中，水箱26的内部设有波浪形的第一管道27，第一管道27的一端与下排气管10相连，第一管道27的另一端连有第二管道28，第二管道28的另一端位于水箱26的外部，且第二管道28与过滤箱14顶部的总排气管13连接，水箱26的一侧设有进水管29，水箱26的另一侧设有出水管30。
27.本发明工作时，首先打开炉壳1一端的炉门，再打开炉胆门，向炉胆2的炉膛内装入多组盛放有硅粉的匣钵组38；接着关闭炉胆门，关闭炉门，启动真空泵25开始抽真空，炉膛及炉胆内的空气排出，当达到一定真空度后，通过气缸23驱动伸缩杆带动密封盖22将第一抽气管21堵住，避免了烧结时产生的热气进入到真空泵25的内部而损坏真空泵25；首先进行正向气流流动，操作步骤为：关闭第二阀门7和第三阀门11，打开第一阀门6和第四阀门12，这样氮气通过上进气管进入到上布气管3，然后充满炉胆2中，在进入炉胆2下方的下布气管8，最后经过下排气管排出；同时启动加热系统，同时向炉壳1夹层通入冷却水，防止炉壳1内外附近温度过高。正向气流流动一定时间后切换到反向气流流动，操作步骤为：关闭第四阀门12和第一阀门6，打开第三阀门11和第二阀门7，这样氮气通过下进气管进入到下布气管8，然后充满炉胆2中，再进入炉胆2上方的上布气管3，最后经过上排气管排出；可见反向气流流动的方向与正向气流流动的方向完全相反，这样就抵消了单一气流流动所引起的产品质量不均匀不稳定的现象，这样硅粉一边加热，一边控制阀门开关组合，使氮气气流在炉胆内在正方向和反方向之间不断循环变化，循环时间可根据工艺需求进行控制，使得最终的炉胆内匣钵组不同位置的氮化硅产品品质趋于稳定一致。当反应一定时间后关闭系统加热，冷却加热炉，使系统在15至20小时降温至常温，取出匣钵组内的产物研磨，即得质量稳定的氮化硅粉体。烧结过程中，经上排气管和下排气管排出的废气首先进入水箱26中换热降温，然后将废气排进过滤箱14的内部，当废气通过第一过滤板15时，通过第一过滤板15的过滤，将废气内部存在的杂质过滤出，再通过设置的出气管将过滤箱内部的废气排出，当第一过滤板15上端过滤的灰尘影响到第一过滤板的使用时，通过设置的吹风扇16对第一过滤板15上的杂质进行清洗，从而再通过设置的抽风机将灰尘抽入布袋除尘器19内部，从而增加第一过滤板15的使用效率和使用寿命，通过设置的弹簧34带动挡板35将总排气管13
关闭，从而防止过滤箱14内部的杂质通过总排气管13吹回烧结炉内部，影响烧结炉的使用。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：

1.一种氮化硅烧结炉，其特征在于：包括炉壳、抽真空系统、气路系统，所述炉壳内部固定设置有炉胆，炉胆的侧壁上设置有加热元件和热电偶，所述气路系统包括上气路系统和下气路系统，所述上气路系统包括上布气管、上进气管、上排气管，上布气管设置在炉胆的顶壁下方，上进气管穿过炉壳和炉胆与上布气管连通，上排气管设置在炉壳外面并与上进气管连通，在上进气管的入口处设置有第一阀门，在上排气管的出口处设置有第二阀门；所述下气路系统包括下布气管、下进气管、下排气管，下布气管嵌在炉胆的底壁槽内，下进气管穿过炉壳和炉胆与下布气管连通，下排气管设置在炉壳外面并与下进气管连通，在下进气管的入口处设置有第三阀门，在下排气管的出口处设置有第四阀门；所述上排气管和下排气管的末端分别与总排气管连接，所述总排气管与过滤箱固定连接，所述过滤箱的内部固定连接有第一过滤板，且过滤箱的下端内部中间位置处固定连接有吹风扇，所述过滤箱的左端固定连接有除尘管，且除尘管的内部固定连接有抽风机，所述除尘管的另一端固定连接有布袋除尘器，所述过滤箱的右端下侧固定连接有出气管。2.根据权利要求1所述的氮化硅烧结炉，其特征在于：所述抽真空系统包括与所述炉壳内部连通的第一抽气管，第一抽气管的内部设有密封盖，密封盖远离炉壳的一端设有伸缩杆，伸缩杆的另一端伸出第一抽气管并连有气缸，第一抽气管的另一端连有第二抽气管，第二抽气管的内部设有过滤装置，第二抽气管的另一端连有真空泵。3.根据权利要求1所述的氮化硅烧结炉，其特征在于：所述炉壳上方的侧壁上固定设置有水箱，所述上排气管远离所述上进气管的一端伸入到所述水箱中，所述水箱的内部设有波浪形的第一管道，第一管道的一端与所述上排气管相连，第一管道的另一端连有第二管道，第二管道的另一端位于水箱的外部，且所述第二管道与所述过滤箱顶部的总排气管连接，水箱的一侧设有进水管，水箱的另一侧设有出水管。4.根据权利要求1所述的氮化硅烧结炉，其特征在于：所述炉壳下方的侧壁上固定设置有水箱，所述下排气管远离所述下进气管的一端伸入到所述水箱中，所述水箱的内部设有波浪形的第一管道，第一管道的一端与所述下排气管相连，第一管道的另一端连有第二管道，第二管道的另一端位于水箱的外部，且所述第二管道与所述过滤箱顶部的总排气管连接，水箱的一侧设有进水管，水箱的另一侧设有出水管。5.根据权利要求2所述的氮化硅烧结炉，其特征在于：所述过滤装置包括沿靠近真空泵方向依次设置在第二抽气管内部的第一过滤网、第二过滤网和第三过滤网，且第一过滤网、第二过滤网和第三过滤网的网孔直径依次减小。6.根据权利要求1所述的氮化硅烧结炉，其特征在于：所述过滤箱的上端左右两侧均固定连接有弹簧，且弹簧的另一端固定连接有挡板。7.根据权利要求1所述的氮化硅烧结炉，其特征在于：所述炉壳为双层结构，在炉壳的底部设置有流水进管，在炉壳的顶部设置有流水出管，所述流水进管和流水出管均与双层结构的内部空间连通。8.根据权利要求1所述的氮化硅烧结炉，其特征在于：炉胆的结构从外向内依次为外壳和保温层，所述保温层由内到外依次包括石墨毡保温层、硅酸铝纤维保温层和耐火砖保温层。

技术总结

本发明公开一种氮化硅烧结炉，涉及烧结炉领域；包括炉壳、抽真空系统、气路系统，炉壳内设置有炉胆，炉胆侧壁上设置有加热元件，气路系统包括上气路系统和下气路系统，上气路系统包括上布气管、上进气管、上排气管；下气路系统包括下布气管、下进气管、下排气管；上排气管和下排气管的末端分别与总排气管连接，总排气管与过滤箱固定连接，过滤箱的内部固定连接有第一过滤板，且过滤箱的下端内部中间位置处固定连接有吹风扇，过滤箱的左端固定连接有除尘管，且除尘管的内部固定连接有抽风机，除尘管的另一端固定连接有布袋除尘器，过滤箱的右端下侧固定连接有出气管。本发明能够改善烧结炉内气流流向，从而解决产品质量不稳定的问题。从而解决产品质量不稳定的问题。从而解决产品质量不稳定的问题。