專利名稱：烘箱或類似裝置的氣體入口的密封裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及烘箱、加熱爐、處理腔室及類似裝置，在這些裝置中引入反應氣體，作為處理步驟的一部分。本發(fā)明的特別的例子涉及用于化學蒸氣滲透/化學蒸氣沉積(Chemical Vapor Infiltration/ChemicalVapor 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一部分，所述多孔元件例如為摩擦部件的多孔預成型件。
背景技術：
總體來說，將反應氣體引入其中以作為處理步驟的一部分的烘箱、加熱爐、處理腔室以及類似裝置的使用是公知的(在以下的說明書中，術語“烘箱”應廣義地理解為加熱爐以及類似形式的處理腔室)。一個例子是化學蒸氣滲透方法，其中，將先導反應氣體引入烘箱中，該烘箱中放置有多孔元件(作為例子而不限于此例，諸如，剎車盤的多孔預成型件)。
通常，傳統的烘箱包括包圍放置用于處理的物體或元件的工作空間或反應腔室的外部烘箱殼體，使得反應氣體流入和流出烘箱的系統，以及用于加熱反應腔室的至少一個內部部分的加熱系統。
反應氣體以公知的方式被強制滲透到多孔元件的多孔結構。該反應氣體可以包括諸如丙烷的碳化氫氣體。
在公知的例子中，反應氣體被引入一個內部容置空間，該內部容置空間由與烘箱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。總體上，通過擴散穿過預成型件的多孔(例如，纖維)結構和/或流過由間隔件或類似物限定的相鄰的疊置預成型件之間的縫隙，氣體被強制從堆疊的內部容置空間行進到堆垛的外部。
至少反應腔室的內部被加熱系統所加熱。因此，由于剎車盤預成型件相對較高的溫度，反應氣體易于熱解并且遺留下沉積在多孔結構的內表面的分解產物。例如，采用碳化氫氣體，分解產物是熱解碳，由此得到含碳的組合物材料(諸如碳-碳材料)。
通常，這種類型的烘箱由多個組件構成，通過焊接、螺接以及類似方式將這些組件組裝在一起，以限定該組裝結構的各種單元。
然而，在烘箱的結構中，常常會存在各種結構缺陷和異常。例如，構建烘箱時，構件的對準會很差。在其他情形下，會出現中間缺陷，例如，由于使用烘箱時產生的熱膨脹差異而造成部件之間對準不良。例如，具有不同膨脹系數的不同材料用于相同組件時，就會發(fā)生這種情況。通常，在這些地方的結構缺陷會導致各部件之間的縫隙、間隙等等缺陷，外部空氣(例如含有污染物的空氣)會經過這些缺陷滲透進入烘箱中，而反應氣體(其通常是可燃的)會經過這些缺陷而逸出。
將氣體引入烘箱的一個(或多個)位置會出現一種具體問題，其至少牽扯到，反應氣體可能會從氣體流道逸出，而不是有效地傳遞到烘箱中的剎車盤預成型件或類似物所處的區(qū)域。
由上述可知，期望減少在向烘箱以及其中的反應腔室(反應氣體應當進入其中)引入反應氣體的位置處的反應氣體的泄漏。同時，對于烘箱的結構而言，保持其結構穩(wěn)定性以適應加工誤差和不完善性等等是有利的。

發(fā)明內容
總體而言，根據本發(fā)明，撓性的管狀密封裝置位于氣體入口管道的一端的周圍，其位置是，氣體入口管道進入烘箱的主體并且終止于形成于反應腔室內氣體入口的開口。
優(yōu)選地，管狀密封裝置的至少一部分在橫向(相對于管狀密封裝置在烘箱壁和反應腔室的氣體入口開口之間所沿著延伸的軸)和/或軸向是撓性的。該撓性部分可以具有諸如波紋管的結構。管狀密封裝置的其余部分可以是相對剛性的。在本發(fā)明的一個實例中，管狀密封裝置的撓性部分由不銹鋼制成并具有允許所需撓性等級的厚度，而管狀密封裝置的其余部分由因科鎳合金(Inconel Alloy)或類似材料制成。
在鄰近于進入烘箱殼體的氣體入口管道的入口處，至少管狀密封裝置的軸向端被焊接到位，以進一步改善氣體密封裝置的整體性。
從而，這里所描述及所要求保護的管狀密封裝置如愿地提供氣體入口管道端周圍的密封，在該管道端，入口管道穿入烘箱主體并終止于形成在反應腔室內氣體入口開口的附近。另外，即使氣體入口管道與氣體入口開口對正不良(例如因為結構和安裝的缺陷)，仍然能保持密封功能。最后，即使由于烘箱中的不同部件因它們具有不同的熱膨脹系數而膨脹量不同而導致在操作時氣體入口管道和氣體入口開口之間的間隙發(fā)生變化，密封性仍能得以保持。


參考所附附圖可以更好地了解本發(fā)明，附圖中·圖1是本發(fā)明的烘箱的橫截面示意圖，所示出的位置是在反應氣體入口管道進入烘箱主體并終止于在烘箱主體內的反應腔室中形成的氣體入口開口的附近；·圖2是本發(fā)明的管狀密封裝置的分解立體視圖；并且·圖3是本發(fā)明的管狀密封裝置的第一和第二軸向部分之間的連接處的部分放大圖。
實施方式概括而言，用于CVI/CVD工藝的烘箱包括一個壁或者殼體，該壁或者殼體將烘箱的內部與外部分開并且在其中限定出一個容置空間。在烘箱的容置空間中具有反應腔室結構。在CVI/CVD烘箱中的反應腔室本身在烘箱容置空間內限定出另一個容置空間。諸如多孔剎車盤預成型件等需被處理或改性的物品置于反應腔室中。
概括而言，提供的反應氣體循環(huán)系統是將反應氣體引入烘箱或從中去除。具體地說，是將反應氣體引入烘箱內的反應腔室。
通過任何適當的現有技術和/或該行業(yè)中公知手段，非限定性地包括，通過烘箱內部氣體壓力與烘箱外部氣體壓力相比較的效應，或者通過現有技術中公知的各種抽吸或放空手段，將氣體從烘箱中抽出。
加熱系統設置成加熱至少反應腔室的內部。這種烘箱的加熱通常是現有技術中的公知技術。兩種特別公知的加熱器系統的例子包括傳導加熱和電阻加熱。
為了簡化對結構的描述，描述涉及到的各種通道、管道或類似物時，假設它們的橫截面是大致環(huán)狀的，雖然實際上并非總是如此。
圖1是部分橫截面視圖，反應氣體輸送管道12經過烘箱壁10，以將反應氣體氣流輸送到烘箱中(如圖1中的箭頭A所示)。
在一可行的例子中，形成于反應腔室16中的氣體入口通道14的直徑可以通過一個插入件而被限定或調節(jié)。該插入件包括安裝到位并固定或以其他方式相對于環(huán)狀組合板20固定的管18，環(huán)狀組合板20具有與管18大致對正的中心開孔20a。通過例如如圖1所示的螺釘22，組合板20又被固定到反應腔室16的表面。傳統的絕熱材料可以置于管18的周圍，更具體地說，絕熱材料可以是通過例如螺釘24或類似物而將多個環(huán)狀層(未示出)固定在一起的形式。
最后，反應腔室16的外部可選地用總體上以層28表示的傳統絕熱材料覆蓋。
反應氣體輸送管道在至少接近形成于反應腔室16內的氣體入口通道14處終止。在一些構形中，反應氣體輸送管道12可以與限定氣體入口通道14的結構相接觸，或者以其他方式與其鄰接。由于下述原因，期望保持反應氣體輸送管道12獨立于氣體入口通道14(亦即，它們之間不相互固定)，甚至在反應氣體輸送管道12和氣體入口通道14之間保有間隙。
根據本發(fā)明，設有管狀密封裝置(總體上其附圖標記為32)。管狀密封裝置32大體上以環(huán)繞的方式包圍氣體輸送管道12和氣體入口通道14之間的過渡之處并使其實際上不泄漏。為了能夠適應烘箱內部的操作條件(尤其是溫度條件)，管狀密封裝置32優(yōu)選由金屬制成。
管狀密封裝置32的至少一部分是撓性的，更具體地說，在相對于管狀密封裝置32所延伸的軸的橫向和/或軸向是撓性的。這種撓性補償了氣體輸送管道12和氣體入口通道14之間例如由如上所述的結構或非對稱熱應力的缺陷所造成的對正缺陷或偏心。從而，例如，由于不同的熱膨脹系數，在操作中當烘箱的內部被加熱時，氣體輸送管道12和反應腔室16(包含形成于其內的氣體入口通道14)之間的距離會發(fā)生變化。所以，即使氣體輸送管道12和氣體入口通道14之間的縫隙的大小存在增加或減小情況，或者它們甚至橫向偏出而失去對正，組件總體上也能獨立地保持在不泄漏狀態(tài)，從而能夠適應各種對正缺陷或類似的缺陷。
管狀密封裝置32優(yōu)選包括至少兩個軸向段撓性的第一軸向部分32a和相對剛性(與第一軸向部分相比)的第二軸向部分32b。
第一軸向部分32a優(yōu)選在橫向和/或軸向具有提供所需撓性的形狀和結構。例如，如各圖所示，第一軸向部分32a具有波紋管型的形狀。
在本發(fā)明一個實例中，第一軸向部分32a是由優(yōu)選能承受高達大約500℃的不銹鋼(諸如ASME321)或者因科鎳合金(Inconel alloy)制成?？梢岳斫?，有必要考慮到材料的厚度從而獲得所需的撓性。
第二軸向部分32b可以僅僅是管狀的，其具有對應于第一軸向部分32a橫截面形狀的橫截面形狀以提供連續(xù)性。在本發(fā)明的一個實例中，第二軸向部分32b可以是由因科鎳合金制成。與第一軸向部分32a相比，第二軸向部分32b的剛度更大。
如上所述，管狀密封裝置32大體上是管狀套的形式，其在氣體輸送管道12和氣體入口通道14之間的過渡之處的周圍在軸向和橫向是撓性的。在烘箱壁10內部的位置34和至少鄰近(若不鄰接)反應腔室16的位置36之間，管狀密封裝置大體上軸向延伸。
如圖所示的實施例結構中，通過任何合適的手段，例如焊接，將第一軸向部分32a固定到環(huán)形板38，在第一軸向部分32a和環(huán)狀板38之間提供幾乎完全的密封。
環(huán)狀板38固定地安裝到烘箱壁10的內部?？梢允褂萌魏喂潭ǚ绞?，具體地說，可以采用如圖所示的螺釘42或類似方式，以在環(huán)狀板38和烘箱10之間提供良好的氣密性。環(huán)狀板38和烘箱壁10之間密封性的進一步提高，可以通過傳統的方式來實現采用置于它們之間的密封環(huán)或其類似物和/或大體上如39所示的焊接方式。
在管狀密封裝置32相反軸向端，以例示的方式，第二軸向部分32b可以僅僅在圓環(huán)44處終止，圓環(huán)44可以固定到位而無需真正地附加或固定在反應腔室16(和/或絕熱材料28)的表面和第二軸向部分32b的外表面之間。
以例示的方式，圓環(huán)44可以具有一個與組裝板20的相對面相鄰接的表面。在一些構形中，將一個或多個密封環(huán)45置于圓環(huán)44和組裝板20之間是有利的。以例示的方式，密封環(huán)45可以由石墨制成。在圖1中，為了例示的目的，僅僅示出了兩個這樣的密封環(huán)45。在一些構形中，一個或多個附加密封環(huán)49可以具有徑向向外延伸的外徑，從而置于組裝板20和反應腔室16之間。
在本發(fā)明的一個實例中，構成管狀密封裝置32的第一軸向部分32a和第二軸向部分32b是相互分開的部分，它們以任何傳統的方法在相鄰的軸向端部以氣密性方式相連，該傳統的方法在第一軸向部分32a和第二軸向部分32b之間提供適當的密封等級。
在如圖所示的一個具體例中，第一軸向部分32a(如上所述，可以是由相對較薄的金屬帶構成，例如不銹鋼)在與第二軸向部分32b鄰近的一端(具體參見圖2和3)可以具有法蘭形成部分50(相對于第一軸向部分32a的軸)。
以相應的方式，第二軸向部分32b具有橫向延伸的法蘭或環(huán)48，該法蘭或環(huán)48以傳統的方式固定在其上面，例如焊接方式(該方式尤其有效地提供相互間的氣密性)。
如各圖所示，尤其如圖3所示，法蘭形成部分50和法蘭48相互面對地放置。密封環(huán)52(例如由石墨制成)置于各法蘭之間，以提高其間的氣密安全性。
最后，法蘭48、法蘭50以及它們之間的密封環(huán)52通過傳統的方法固定在一起，例如由螺釘54和螺母56而固定。
除了如上所述的管狀密封裝置的結構，例如烘箱壁10的、氣體輸送管道12的、反應腔室16的、絕熱體28等等的材料和/或結構是公知的現有技術。總之，所有上述部件必須能夠承受在CVI/CVD工藝中的烘箱中的溫度。具體地說，撓性的第一軸向部分32a，在其合理的工作壽命中，考慮到其使用時經受的溫度的同時，必須始終保持其撓性。最后，一些部件需要由非反應型材料(尤其是在上述的高溫下)制成，以免與在烘箱內進行的分解過程的化學物質相互干擾。
以期望的方式，在烘箱維護期間，如上所述的以及所要求保護的管狀密封裝置易于裝入烘箱或者從中取出。
雖然業(yè)已參考旨在圖示和說明本發(fā)明的一些特定的實例而對本發(fā)明進行了以上的描述，然而，必須理解的是，本發(fā)明并不僅僅限于這些實例的具體細節(jié)。更具體地說，本領域技術人員會理解到，可以輕易地對優(yōu)選的實施方案作出修改和改進而不超出所附權利要求所限定的本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種氣體入口裝置，其用于使氣體從烘箱外部到烘箱內部的形成于反應腔室(16)內的入口通道(14)而通入烘箱中，該入口裝置包括·用于將氣體輸入到烘箱中的氣體管道(12)，該氣體管道在烘箱的外部和烘箱的內部之間延伸，并且至少在形成于反應腔室內的氣體入口通道的附近具有一個終止端；以及·相對于氣體管道位于徑向外側的管狀密封裝置(32)，該管狀密封裝置的第一端以氣密性的方式被固定，該第一端處于烘箱的內表面鄰近于氣體管道穿入烘箱的位置，并且該管狀密封裝置向鄰近于氣體入口通道的位置延伸，以密封的方式固定到其上；該氣體入口裝置的特征在于，管狀密封裝置包括撓性的第一軸向部分(32a)和相對剛性的第二軸向部分(32b)。
2.根據權利要求1的氣體入口裝置，其特征在于，第一軸向部分具有波紋管結構。
3.根據權利要求1或2的氣體入口裝置，其特征在于，第一軸向部分由金屬制成。
4.根據權利要求1至3任何一項的氣體入口裝置，其特征在于，第一軸向部分由不銹鋼制成。
5.根據權利要求1至4任何一項的氣體入口裝置，其特征在于，第二軸向部分由金屬制成。
6.根據權利要求1至4任何一項的氣體入口裝置，其特征在于，第二軸向部分由因科鎳合金制成。
7.一種將氣體輸送至反應腔室中的接收器的氣體入口通道的方法，該方法包括·放置氣體輸送管道，以使烘箱外部與烘箱的內部連通，該管道至少在氣體入口通道的附近終止；并且·通過采用管狀密封裝置來環(huán)繞氣體輸送管道，基本上將氣體輸送管道隔離，管狀密封裝置基本上是氣密性的，并且從烘箱內壁的管道穿入烘箱的位置向鄰近于反應腔室的氣體入口通道的位置延伸；該方法的特征在于，管狀密封裝置以這樣的方式固定到位其管道延伸過去的部分基本上是氣密性地形成的，并且在于，至少管狀密封裝置的一部分在橫向是撓性的，以適應在密封組件被固定到烘箱壁的位置以及鄰近于氣體入口通道的位置的管狀密封裝置的各端部的位置差異。
全文摘要
一種管道(12)，用于將氣體輸入烘箱或類似裝置(諸如CVI/CVD烘箱)，尤其是將氣體輸入烘箱中的反應腔室(16)結構，其設有氣密性管狀密封裝置(32)，該密封裝置其沿著管道的徑向向外延伸并限定基本氣密性的通道，輸送管道沿此通道延伸。管狀密封裝置至少在橫向和/或軸向基本上是撓性的，從而適應反應腔室的位置和氣體輸送管道穿入烘箱的位置之間的定位缺陷(該缺陷可能是由于諸如非對稱的熱膨脹/收縮造成)。
文檔編號F26B21/00GK101021381SQ200710079170
公開日2007年8月22日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權日2006年2月14日
發(fā)明者J-M·加西亞, O·珀蒂讓, E·西翁 申請人:馬塞爾-布加蒂股份有限公司