(57)【要約】複数の鉛直方向に延びる環状基板積層体（32）の形態に配置された環状多孔性基板を高密度化するために設計されたCVI炉のガス・プレヒーターであって、熱伝導性材料でできていて、サセプタ（12、14）の底部壁部（14）の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを区画しており、そのガス予備加熱チェンバーにおいて開口しているガス入口（56）を有する筒状部材（52）と；ガス予備加熱チェンバー内に位置する熱交換組立体（50）と；筒状部材の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを覆っており、かつあらかじめ加熱したガスのための複数の通路（60a、60b）を備えるガス分配プレート（60）と；環状基板積層体を支持するためのものであって、ガス分配プレートのそれぞれの通路に通じ、かつ個々の環状基板積層体の内部空間と揃った位置にある複数の通路を備える負荷支持プレートと；ガス予備加熱領域と個々の環状基板積層体の内部空間とを連通する通路に挿入されていて、その内部空間に入ることを許されたあらかじめ加熱されたガス流をそれぞれ調節する複数個のノズル（62）とを備えるガス・プレヒーター。
2005524773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鉛直方向に延びる環状基板積層体の形態に配置された環状多孔性基板を高密度化するためのものであって、ガス予備加熱領域を区画する内部側壁を有するサセプタと、炉内の反応チェンバーと、底部壁部と、サセプタの底部壁部を貫通して開口している少なくとも1つのガス入口とを備えるCVI炉のガス・プレヒーターであって、
熱伝導性材料でできていて、サセプタの底部壁部の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを区画しており、そのガス予備加熱チェンバーにおいて開口している少なくとも1つのガス入口を有する筒状部材と、
上記ガス予備加熱チェンバー内に位置する熱交換組立体と、
筒状部材の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを覆っており、かつあらかじめ加熱したガスのための複数の通路を備えるガス分配プレートと、
高密度化するために反応チェンバーに装填される環状基板積層体を支持するためのものであって、ガス分配プレートのそれぞれの通路に通じ、かつ個々の環状基板積層体の内部空間と揃った位置にある複数の通路を備える負荷支持プレートと、
ガス予備加熱領域と個々の環状基板積層体の内部空間とを連通する通路に挿入されていて、その内部空間に入ることを許されたあらかじめ加熱されたガス流をそれぞれ調節する複数個のノズル
とを備えるガス・プレヒーター。
【請求項２】
上記ガス分配プレートと上記負荷支持プレートが、１つで同一のプレートで形成されている、請求項1に記載のガス・プレヒーター。
【請求項３】
上記負荷支持プレートが、上記ガス分配プレートの上方にそのガス分配プレートとは離れて位置しており、上記ガス分配プレートの通路を上記負荷支持プレートの個々の通路と接続するための複数のダクトが設けられている、請求項1に記載のガス・プレヒーター。
【請求項４】
ダクト内でガス流と熱交換させるため、熱伝導性材料でできた挿入部材が上記ダクトに取り付けられている、請求項3に記載のガス・プレヒーター。
【請求項５】
上記負荷支持プレートが、上記ガス分配プレートで支持されている、請求項1に記載のガス・プレヒーター。
【請求項６】
流れを調節する上記ノズルが、上記ガス分配プレートの通路に挿入されている、請求項1に記載のガス・プレヒーター。
【請求項７】
上記筒状部材が、熱伝導性材料からなる単一の部材でできた中実体で形成されている、請求項1に記載のガス・プレヒーター。
【請求項８】
上記熱交換組立体が、筒状部材によって取り囲まれ、かつサセプタの底部壁部と上記ガス分配プレートに挟まれた位置において実質的に水平方向に延びる互いに離れた複数の穴あきプレートを備えており、この熱交換組立体のプレートが熱伝導性ホイル材料でできている、請求項1に記載のガス・プレヒーター。
【請求項９】
上記熱交換組立体のプレートが実質的に円形であり、径方向に延びるスペーサが間に挟まることによって互いに離されている、請求項8に記載のガス・プレヒーター。
【請求項１０】
上記熱交換組立体が、筒状部材によって取り囲まれ、かつサセプタの底部壁部と上記ガス分配プレートに挟まれた位置において実質的に水平方向に延びる互いに離れた複数の穴あきプレートを備えており、この熱交換組立体のプレートには、一方のプレートが他方のプレートの直上に配置された少なくとも1対のプレートが含まれており、対になったそのプレートの一方は中央部だけに穴を持ち、かつ他方のプレートは周辺部だけに穴を持っている、請求項1に記載のガス・プレヒーター。
【請求項１１】
複数の鉛直方向に延びる環状基板積層体の形態に配置された環状多孔性基板を高密度化するためのものであって、ガス予備加熱領域を区画する内部側壁を有するサセプタと、炉内の反応チェンバーと、底部壁部と、サセプタの底部壁部を貫通して開口している少なくとも1つのガス入口とを備えるCVI炉のガス・プレヒーターであって、
熱伝導性材料でできていて、サセプタの底部壁部の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを区画しており、そのガス予備加熱チェンバーにおいて開口している少なくとも1つのガス入口を有する筒状部材と、
筒状部材の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを覆っており、かつあらかじめ加熱したガスのための複数の通路を備えるガス分配プレートと、
高密度化するために反応チェンバーに装填される環状基板積層体を支持するためのものであって、ガス分配プレートのそれぞれの通路に通じ、かつ個々の環状基板積層体の内部空間と揃った位置にある複数の通路を備える負荷支持プレートと、
筒状部材によって取り囲まれ、かつサセプタの底部壁部と上記ガス分配プレートに挟まれた位置において実質的に水平方向に延びる互いに離れた複数の円形プレートを備えていて、そのプレートは、熱伝導性ホイル材料でできており、径方向に延びるスペーサが間に挟まることによって互いに離されている熱交換組立体
とを備えるガス・プレヒーター。
【請求項１２】
複数の鉛直方向に延びる環状基板積層体の形態に配置された環状多孔性基板を高密度化するためのものであって、ガス予備加熱領域を区画する内部側壁を有するサセプタと、炉内の反応チェンバーと、底部壁部と、サセプタの底部壁部を貫通して開口している少なくとも1つのガス入口とを備えるCVI炉のガス・プレヒーターであって、
熱伝導性材料でできていて、サセプタの底部壁部の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを区画しており、そのガス予備加熱チェンバーにおいて開口している少なくとも1つのガス入口を有する筒状部材と、
筒状部材の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを覆っており、かつあらかじめ加熱したガスのための複数の通路を備えるガス分配プレートと、
高密度化するために反応チェンバーに装填される環状基板積層体を支持するためのものであって、ガス分配プレートのそれぞれの通路に通じ、かつ個々の環状基板積層体の内部空間と揃った位置にある複数の通路を備える負荷支持プレートと、
筒状部材によって取り囲まれ、かつサセプタの底部壁部と上記ガス分配プレートに挟まれた位置において実質的に水平方向に延びる互いに離れた複数の穴あきプレートを備え、そのプレートには、一方のプレートが他方のプレートの直上に配置された少なくとも1対のプレートが含まれており、対になったそのプレートの一方は中央部だけに穴を持ち、他方のプレートは周辺部だけに穴を持っている熱交換組立体
とを備えるガス・プレヒーター。
【請求項１３】
複数の鉛直方向に延びる環状基板積層体の形態に配置された環状多孔性基板を高密度化するためのものであって、ガス予備加熱領域を区画する内部側壁を有するサセプタと、炉内の反応チェンバーと、底部壁部と、サセプタの底部壁部を貫通して開口している少なくとも1つのガス入口とを備えるCVI炉のガス・プレヒーターであって、
熱伝導性材料でできていて、サセプタの底部壁部の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを区画しており、そのガス予備加熱チェンバーにおいて開口している少なくとも1つのガス入口を有する筒状部材と、
筒状部材の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを覆っており、かつあらかじめ加熱したガスのための複数の通路を備えるガス分配プレートと、
高密度化するために反応チェンバーに装填される環状基板積層体を支持するためのものであって、ガス分配プレートのそれぞれの通路に通じ、かつ個々の環状基板積層体の内部空間と揃った位置にある複数の通路を備える負荷支持プレートと、
筒状部材によって取り囲まれ、かつサセプタの底部壁部と上記ガス分配プレートに挟まれた位置において実質的に水平方向に延びる互いに離れた複数の穴あきプレートを備え、その穴あきプレートは、熱伝導性ホイル材料でできていて実質的に円形であり、径方向に延びるスペーサが間に挟まることによって互いに離されており、その穴あきプレートには、一方のプレートが他方のプレートの直上に配置された少なくとも1対のプレートが含まれており、対になったそのプレートの一方は中央部だけに穴を持ち、他方のプレートは周辺部だけに穴を持っている熱交換組立体
とを備えるガス・プレヒーター。
【請求項１４】
複数の鉛直方向に延びる環状基板積層体の形態に配置された環状多孔性基板を高密度化するためのものであって、ガス予備加熱領域を区画する内部側壁を有するサセプタと、炉内の反応チェンバーと、底部壁部と、サセプタの底部壁部を貫通して開口している少なくとも1つのガス入口とを備えるCVI炉のガス・プレヒーターであって、
熱伝導性材料でできていて、サセプタの底部壁部の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを区画しており、そのガス予備加熱チェンバーにおいて開口している少なくとも1つのガス入口を有する筒状部材と、
上記ガス予備加熱チェンバー配置されたものであって、筒状部材によって取り囲まれ、かつサセプタの底部壁部と上記ガス分配プレートに挟まれた位置において実質的に水平方向に延びる互いに離れた複数の穴あきプレートを備え、その穴あきプレートは、熱伝導性ホイル材料でできていて実質的に円形であり、径方向に延びるスペーサが間に挟まることによって互いに離されており、その穴あきプレートには、一方のプレートが他方のプレートの直上に配置された少なくとも1対のプレートが含まれており、対になったそのプレートの一方は中央部だけに穴を持ち、他方のプレートは周辺部だけに穴を持っている熱交換組立体と、
筒状部材の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを覆っており、かつあらかじめ加熱したガスのための複数の通路を備えるガス分配プレートと、
高密度化するために反応チェンバーに装填される環状基板積層体を支持するためのものであって、ガス分配プレートのそれぞれの通路に通じ、かつ個々の環状基板積層体の内部空間と揃った位置にある複数の通路を備える負荷支持プレートと、
ガス予備加熱領域と個々の環状基板積層体の内部空間とを連通する通路に挿入されていて、その内部空間に入ることを許されたあらかじめ加熱されたガス流をそれぞれ調節する複数個のノズル
とを備えるガス・プレヒーター。
【請求項１５】
CVI炉の反応チェンバーに複数の鉛直方向に延びる積層体として装填された環状多孔性基板を高密度化するためにそのCVI炉内であらかじめ加熱したガスの分配を調節する方法であって、
各積層体は、その積層体の内部空間を規定する積み重なった基板を含んでおり、反応チェンバーは、その反応チェンバーを区画する内壁を有するサセプタによって加熱される構成になっており、
該方法は、
炉の底部に位置する予備加熱領域に反応ガスを導入し、
その反応ガスを予備加熱領域を通過させることによってあらかじめ加熱し、
あらかじめ加熱されたその反応ガスを、予備加熱領域の複数の出口で個別の反応ガス流に分割し、
その個別の反応ガス流を各環状基板積層体の内部空間に向かわせることを含み、かつ、その際、
個別の上記反応ガス流を、反応チェンバー内の対応する基板積層体の位置に応じて調節する、方法。
【請求項１６】
サセプタの側壁からの距離が遠い基板積層体の内部空間に向かう個別の反応ガス流を、サセプタの側壁からの距離がそれよりも近い別の基板積層体の内部空間に向かう個別の反応ガス流よりも多くする、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
ガス予備加熱領域にあるガス予備加熱チェンバーを覆っているガス分配プレートに形成された通路に断面積の異なる複数のノズルを挿入することにより、個別の上記反応ガス流を調節する、請求項15に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学的気相浸透（CVI）法によって環状多孔性基板を高密度化することに関する。
【０００２】
本発明が特に応用される分野は、熱構造複合材料からなる環状部品、例えば航空機や地上用車両の炭素／炭素（C/C）複合ブレーキディスクの製造である。
【背景技術】
【０００３】
熱構造複合材料は、構造部品の製造に使用できる機械的特性を持ち、しかもその特性を高温で維持できるという理由で優れている。熱構造複合材料の代表例は、熱分解性炭素マトリックスによって高密度化された炭素繊維からなる補強織布を含むC/C複合材料と、セラミック・マトリックスによって高密度化された耐熱性繊維（炭素またはセラミック）からなる補強織布を含むセラミック・マトリックス複合体（CMC）である。
【０００４】
CVIプロセスでは、高密度化されるべき基板（基材）を炉の反応チェンバーの中に配置してその基板を加熱する。マトリックスを構成する材料のガス状前駆体を1種類以上含む反応ガスを反応チェンバーに導入する。反応チェンバー内の温度と圧力を調節することで、反応ガスが基板の空隙内を拡散し、その反応ガスの1つ以上の成分が分解すること、または互いに反応することにより、マトリックスを構成する材料がその空隙内に堆積されるようにする。反応ガスが基板中を拡散するのを促進するため、この方法は低圧で実施する。前駆体が変換されてマトリックス材料、例えば熱分解性炭素またはセラミックになる温度は、通常は900℃よりも高く、典型的には1000℃に近い。
【０００５】
増大する密度に関してであれ、堆積されるマトリックス材料の微小構造に関してであれ、反応チェンバー全体で基板をできるだけ均一に高密度化するためには、理想的には、反応チェンバー内の温度を実質的に均一にし、反応ガスをすべての基板に比較的一様に到達させる必要があろう。
【０００６】
一般にCVI用の炉は、炉の内部にあって、炉に反応ガスを導入するための入口と反応チェンバーの間に位置するガス・プレヒーターを備えている。一般に、ガス・プレヒーター領域には、複数の穴あきプレートの形態になった熱交換組立体が収容されており、反応ガスは、その穴あきプレートを通過した後に反応チェンバーに入る。
【０００７】
基板は炉の中に位置しているため、熱交換組立体と同様に加熱される。炉は一般にサセプタ、例えばグラファイト製、によって加熱される。サセプタは反応チェンバーの側壁を区画しており、反応チェンバーを取り囲むインダクタと誘導結合することによって、あるいは炉を取り囲む抵抗器によって加熱される。
【０００８】
出願人は、ガス・プレヒーターの効率が常に望むほど良好ではないことを見いだした。重要な一例は、C/C複合体ブレーキディスクを製造する際に用いる炭素繊維からなる環状プレフォームまたはあらかじめ高密度化した環状ブランクを利用して構成した多孔性基板を高密度化するという例である。
【０００９】
環状基板は、反応チェンバー内において、炉の底部に位置するガス・プレヒーターの上方に、鉛直方向に延びる積層体として装填される。反応ガスをあらかじめ加熱しているにもかかわらず、反応チェンバーの内部では温度勾配がしばしば観察される。積層体の底部に位置する基板の近傍の温度は、積層体の残りの部分の温度よりも数10℃低くなる可能性がある。その結果、同じ積層体内における基板の位置に応じ、基板相互間に大きな密度勾配が生じる可能性がある。
【００１０】
この問題を解決するには、ガス・プレヒーターのサイズを大きくすることによって反応ガスをあらかじめ加熱する効率を向上させることが可能であろう。しかし炉のサイズは限られているため、このようにすると基板を装填するスペースが少なくなるであろう。CVIプロセスは巨額の投資と長い処理時間を必要とするため、炉の生産性ができるだけ大きく、したがって反応ガスの予備加熱のために割くスペースよりも基板を装填するためのスペースができるだけ広いことが望ましい。
【００１１】
別の問題は、温度勾配が、基板積層体に沿った鉛直方向だけでなく、水平方向でも、すなわち異なる積層体間でも見られることにある。特に、反応チェンバーの中央部に位置する積層体は、サセプタから放射される熱の利点をサセプタの側壁近くに位置する積層体と同じようには受けない可能性があることがわかった。
【００１２】
また、その結果、異なる積層体に属する基板相互間にも密度の勾配が生じることにもなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、一般に、CVI炉内で環状多孔性基板の実質的に均一な高密度化を効果的かつ低コストに実現するための手段を提供することである。
【００１４】
特に本発明の目的は、CVI用の基板の生産性に実質的に影響を与えることなく、上述のように実質的に均一な高密度化を実現できるガス・プレヒーターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の1つの面によれば、複数の鉛直方向に延びる環状基板積層体の形態に配置された環状多孔性基板（基材）を高密度化するためのものであって、ガス予備加熱領域を区画する内部側壁を有するサセプタと、炉内反応チェンバーと、底部壁部と、サセプタの底部壁部を貫通して開口している少なくとも1つのガス入口とを備えるCVI炉のガス・プレヒーターであって、
熱伝導性材料でできていて、サセプタの底部壁部の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを区画しており、そのガス予備加熱チェンバーにおいて開口している少なくとも1つのガス入口を有する筒状部材（スリーブ）と、
上記ガス予備加熱チェンバー内に位置する熱交換組立体（アセンブリ）と、
筒状部材の上に載せられてガス予備加熱チェンバーを覆っており、かつあらかじめ加熱（予備加熱）したガスのための複数の通路を備えるガス分配プレートと、
高密度化するために反応チェンバーに装填される環状基板積層体を支持するためのものであって、ガス分配プレートのそれぞれの通路に通じ、かつ個々の環状基板積層体の内部空間と揃った位置にある複数の通路を備える負荷支持プレートと、
ガス予備加熱領域と個々の環状基板積層体の内部空間とを連通する通路に挿入されていて、その内部空間に入ることを許されたあらかじめ加熱されたガス流をそれぞれ調節する複数個のノズルとを備えるガス・プレヒーターが提供される。
【００１６】
好ましくは、熱伝導性材料からなる単一の部材でできた中実体で形成される筒状部材は、次のようなさまざまな機能を実現する。
サセプタの底部壁部に載っていて、しかもサセプタの側壁に取り囲まれているため、予熱領域を効果的に加熱することができる。
予熱領域を取り囲みかつそれを密封するのに寄与するため、反応ガスの大部分がガス・プレヒーターを完全に通過することなく反応チェンバーに到達するのが回避される。
基板の重量をガス分配プレートと負荷支持板で支えるため、負荷支持板のための別の支持構造がなくともその重量をサセプタの底部壁部で支えられる。
【００１７】
上述の機能が、ガスの予備加熱の効率や炉の底部に位置する構造物のコンパクト化に寄与する。
【００１８】
流れ（流動）調節ノズルを用意してガス分配プレートの通路に挿入することにより、ある基板積層体に対し、別の基板積層体よりも大量の反応ガスを供給することができる。したがって異なる基板積層体間の温度勾配を補償し、実質的に均一な高密度化を実現することができる。実際、マトリックス材料の堆積速度は、温度と反応ガス流によって変化する。
【００１９】
本発明の特定の１面によれば、ガス・プレヒーターの熱交換組立体は、筒状部材によって取り囲まれた状態でサセプタの底部壁部とガス分配プレートに挟まれた位置において実質的に水平方向に延びる互いに離れた複数のプレートを備えており、この熱交換組立体のプレートは熱伝導性ホイル材料でできている。ホイル材料、例えばグラファイト・ホイル材料またはC/C複合材料を使用することにより、プレートの厚さを薄くし、その結果としてガス・プレヒーターのサイズを小さくすることができる。プレート（実質的に円形にすることができる）は、径方向に延びるスペーサを間に挟んで互いに離れた状態にすることが好ましい。
【００２０】
本発明の別の特定の面によれば、熱交換組立体のプレートの中には、一方のプレートを他方のプレートの直上に配置して互いに近接して積み重ねた少なくとも1対のプレートが含まれており、対になったそのプレートの一方は中央部だけに穴を持ち、他方のプレートは周辺部だけに穴を持っている。したがってガスは、曲がりくねった経路に沿って流れざるをえなくなるため、限られた空間の中で効率的な予備加熱を行なうことができる。
【００２１】
ガス分配プレートと負荷支持板は、1つの同一の板で形成すること、あるいは2枚の異なる板で構成して互いに上下に配置することができる。後者の場合、複数のダクトを設け、それぞれのダクトにより、ガス分配プレートの1つの通路を負荷支持板の対応する通路と接続する。それぞれのダクトの中に熱伝導性材料からなる挿入部材（インサート）を設置し、ダクト内を流れる反応ガスとの間での熱交換を実現してガスの予備加熱を完全にしてもよい。
【００２２】
本発明のさらに別の面によれば、CVI炉の反応チェンバーに複数の鉛直方向に延びる積層体として装填された環状多孔性基板を高密度化するためにそのCVI炉内であらかじめ加熱したガスの分配を調節する方法であって、各積層体は、その積層体の内部空間を規定する積み重なった基板を含んでおり、反応チェンバーは、その反応チェンバーを区画する内壁を有するサセプタによって加熱される構成になっており、
該方法は、
炉の底部に位置する予備加熱領域に反応ガスを導入し、その反応ガスを予備加熱領域を通過させることによってあらかじめ加熱し、あらかじめ加熱されたその反応ガスを、予備加熱領域の複数の出口で個別の反応ガス流に分割し、その個別の反応ガス流を各環状基板積層体の内部空間に向かわせることを含み、かつ、その際、
個別の上記反応ガス流を、反応チェンバー内の対応する基板積層体の位置に応じて調節する、方法が提供される。
【００２３】
サセプタの側壁からの距離が遠い基板積層体の内部空間に向かう個別の反応ガス流を、サセプタの側壁からの距離がそれよりも近い別の基板積層体の内部空間に向かう個別の反応ガス流よりも多くすることが好ましい。
【００２４】
個別の反応ガス流は、ガス予備加熱領域にあるガス予備加熱チェンバーを覆っているガス分配プレートに形成された通路に断面積の異なる複数のノズルを挿入することによって調節できる。
【００２５】
本発明のその他の特徴および利点は、添付の図面を参照して限定を意図することなく以下に示す説明を読むことによって明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図1と図2には、サセプタで形成された円筒形の側壁12を有する炉10が示してある。サセプタ12は、底部壁部14と上部壁部16を備えている。サセプタ12は、少なくとも1つの誘導コイル18の形態になった一次変圧回路と誘導結合する二次変圧回路を構成している。絶縁部材20が誘導コイル18とサセプタ12の間に配置されており、さらに絶縁部材22がサセプタの底部壁部14の下に取り付けられている。炉10は、電流を誘導コイル18に供給することによって加熱される。1変形例として、サセプタの加熱は、そのサセプタと熱的に結合した電気的抵抗器によって実現することもできる。
【００２７】
炉10の内部空間は、炉の底部に位置するガス予備加熱領域24と、このガス予備加熱領域24の上方に位置していて、高密度化されるべき多孔性環状基板30が装填された反応チェンバーまたは装填領域26とを含んでいる。
【００２８】
高密度化されるべき基板30は、C/C複合材料からブレーキディスクを作るための炭素繊維プレフォームまたはあらかじめ高密度化したブランクにすることができる。なお、高密度化したブランクは、プレフォームに対してCVIまたは液体（樹脂）含浸を行なった後に炭素化してあらかじめ高密度化することによって得られる。このようなC/Cブレーキディスクは、一般に、航空機の着陸装置やレーシングカーに使用される。
【００２９】
環状基板30は、複数の鉛直方向に延びる環状積層体32の形態となって底部の負荷支持プレート40の上に載った構成となるように配置されている。各基板積層体は、1枚以上の中間プレート42によって分離された複数の積層区画に分けることができる。プレート40とプレート42は、グラファイトで製造するとよい。プレート40とプレート42は、それらのプレート間を一直線に貫通して基板の内部通路を形成している通路40a、42aを備えている。中間プレート42は、支柱44を介してプレート40に支持されている。
【００３０】
図示した実施例（図2）では、12個の基板積層体が示してある。そのうちの9個の積層体はサセプタ12の近くに位置しており、互いに等間隔に配置されてリングを形成している。残る3個の積層体は、装填領域の中央部に位置している。別の配置も可能である、例えば複数の基板からなる7個の積層体にして、そのうちの6個の積層体が周辺部のリングを形成し、残る1個が中央部の積層体になるように構成してもよい。
【００３１】
それぞれの環状積層体32は、その頂部がカバー34によって閉じられているため、反応チェンバー26の内部空間が、複数の積層体内部空間36と、積層体外の空間28に分割される。それぞれの積層体内部空間は、基板30と中間プレート42の中央部にある一直線に揃った通路によって形成されている。
【００３２】
積層体32に含まれる各基板30は、スペーサ38によって隣りの基板（場合によっては、プレート40、42、またはカバー34）とは離されているため、基板間にギャップ39ができている。スペーサ38は、ギャップ39が空間36と空間28をつなぐガスの通路となるように配置するとよい。この通路を設けるのは、米国特許第5,904,957号に記載されているように、空間36と空間28の圧力を平衡させるため、あるいは空間36と空間28の間に圧力勾配を維持することを目的とした単なるリーク通路にするためである。
【００３３】
ガス加熱領域24は、反応チェンバー26と同様にサセプタに取り囲まれており、図3〜図6に詳細を示したガス・プレヒーター組立体50を収容している。
【００３４】
ガス・プレヒーター組立体は、サセプタの底部壁部14の上に載っていてサセプタの側壁12に近い位置まで延びているリングまたは筒状部材52を備えている。筒状部材52は、熱伝導性材料、例えばグラファイトからなる単一の部材でできた中実な本体で形成されていることが好ましい。
【００３５】
筒状部材52は、ガス予備加熱チェンバー54の位置を規定している。底部絶縁部材22とサセプタの底部壁部14を貫通している通路56は、ガス予備加熱チェンバー54で開口された反応ガス入口となっている。ガス入口56は、反応ガス源（図示せず）に接続されている。1変形例として、ガス入口をいくつか設け、そのすべてをガス予備加熱領域で開口した状態にすることができる。ガス入口56には、ガス予備加熱チェンバーからの熱の放射を遮るためのスクリーン58を設けることができる。
【００３６】
ガス予備加熱チェンバー54は、筒状部材52の上縁部に載置し、支持されたガス分配プレート60によってカバーされている。ガス分配プレートは、積層体32の通路40aおよび内部空間36と揃った位置にあってその通路40aと内部空間36に通じている通路60aを備えている。図3と図4に示したように、それぞれの通路には、断面積が調節されたノズル形態の挿入部材62が取り付けられている（積層体32の位置は、図4では一点鎖線で示してある）。
【００３７】
入口56を通過したガスは、予備加熱チェンバー54で予備加熱（プレヒート）された後、通路60aに到達する。予備加熱は、サセプタの底部壁部14とガス分配プレート60に挟まれた空間を水平方向に延びる互いに離れた複数の穴あきプレート66に沿ってガスを流すと同時に、これら穴あきプレート66を通過するようにガスを流すことによって実現させる。
【００３８】
穴あきプレート66は、熱伝導性ホイル材料、例えばグラファイト・ホイル材料で製造することができる。このように薄い穴あきプレートを用いると、中実のグラファイト製穴あきプレートの場合と比べ、ガス・プレヒーターのサイズを小さくすることができる。別の方法として、プレート66をC/C複合材料で製造することもできる。
【００３９】
穴あきプレート66は、スペーサ68によって互いに離れた状態に維持されている。スペーサ68は、径方向に延びるグラファイト棒（図5と図6に点線で示してある）の形態であることが好ましい。
【００４０】
また、プレート66に、一方のプレートを他方のプレートの直上に配置した1対または複数対のプレート661、662を含ませるのも有利である。対をなすプレートにおいて、一方のプレート662は中央部だけに穴672を持ち、他方のプレート661は周辺部だけに穴671を持っているようにする。このようにすると、ガス流は、プレートを通過するだけでなく、プレートに沿っても流れざるをえなくなる。したがって最下部の穴あきプレートには、周辺部だけに穴が設けられていることが好ましい。
【００４１】
予備加熱ガスがガス予備加熱チェンバーの上部から比較的均一に出力されるようにするため、少なくとも最上部の1枚または2枚の穴あきプレート663の表面全体に穴を規則的に分布させることができる（図3）。
【００４２】
プレート66は、そのプレートに設けられた穴71を貫通する鉛直方向のロッド70によって水平方向の位置が所望の状態に維持されている。ロッド70は、穴のない底部プレート72に支持されている。この底部プレート72は、ガス入口56と位置が揃った中央通路を持ち、筒状部材52の下部に設けられた内側縁部52aの上に載っている。したがって筒状部材52とプレート66、72およびロッド70をあらかじめ組み立てた後、炉に挿入するとよい。
【００４３】
ガス分配プレート60の通路60aから出たガスは、保持プレート78に設けられていて通路60aと揃った位置にある通路76に挿入されたダクトまたは煙突74を通過する。煙突74は、プレート78の上に載る上部フランジを通路76の周辺部に備えている。形態が例えば三面体（図3と図7）になった挿入部材80が煙突74の内部に設けられていて、その中を通過するガスをさらに加熱できるようになっている。煙突74と挿入部材80のほか、プレート60と78も、熱伝導性材料、例えばグラファイトでできている。プレート78は、支柱82を介してガス分配プレート60に支持されている。
【００４４】
煙突74は、負荷支持プレート40の通路40aに通じている。リング84が通路40aに挿入されており、ガスをプレート78とプレート40の間に流す煙突74の上縁部に載っている。プレート40は、支柱86を介してプレート78に支持されている。
【００４５】
作動時、基板積層体を、反応チェンバー内でガス・プレヒーターの上方に装填する。装填物の重量は、プレート40、78、60と、支柱86、82と、筒状部材52とを通じてサセプタの底部壁部に支えられる。サセプタの底部壁部14は、炉全体を支える支柱（図示せず）の上に載っている。
【００４６】
炉はサセプタによって加熱され、反応チェンバーに装填された基板を必要な温度まで上昇させる。負荷支持構造体の構成要素とガス・プレヒーターの構成要素は、同様に加熱される。
【００４７】
炉の内部が所望の温度になった後、反応ガスをガス入口56から入れる。ガスは、予備加熱チェンバー54の内部にある穴あきプレート56に沿って流れると同時に穴あきプレート56を通過して流れることにより、加熱される。単一の部材からなる熱慣性が大きな中実のグラファイト製筒状部材52を用いると、ガス予備加熱チェンバーを効果的に加熱して密封するのに役立つ。
【００４８】
予備加熱されたガスは、予備加熱チェンバー54からノズル62を通じて出て行き、煙突74および挿入部材80の壁面と熱交換することによってさらに加熱された後、基板積層体の内部空間に到達する。
【００４９】
反応ガスの効果的な予備加熱がこのようにして実現され、各積層体の下部と積層体の残り部分の間の温度勾配が最少になる。
【００５０】
基板積層体の内部空間36に入ったガスは、基板の空隙を通じて拡散され−かつ所望の
マトリックスを構成する堆積物を形成する−ことにより、そして場合によってはギャップ39を通過することにより、反応チェンバーの空間28に到達する。廃ガスは、反応チェンバーの空間28から、サセプタの上部壁部16に形成されていてポンプ装置（図示せず）に接続されたガス出口17を通じて取り出される。
【００５１】
予備加熱された反応ガス流を分割してそれぞれの基板積層体の内部空間に供給される個々の反応ガス流にするとき、反応チェンバー内における積層体の位置に応じて個々の反応ガス流を異なったものにすることが有利である。この調節を行なうことにより、サセプタの側壁12近くに位置する積層体よりもサセプタの側壁12から離れている積層体に対して反応ガスがより多く流れるようにする。
【００５２】
実際、反応チェンバーの中央部に位置する基板積層体、例えば図2の積層体321は、サセプタの側壁近くに位置する基板積層体、例えば積層体322と比べてわずかに加熱効率が悪い。積層体321に供給される反応ガス流をわずかに増やすことにより、そのわずかに悪い加熱効率を補償し、異なる積層体間の高密度化の勾配を小さくすることができる。
【００５３】
異なる積層体に供給される個々の反応ガス流は、ノズル62によって決まる通路の断面積を選択することによって調節される。図4に示したように、中央にある積層体（例えば積層体321）のノズル621によって決まる通路の断面積は、周辺部の積層体（例えば積層体322）のノズル622によって決まる通路の断面積よりもわずかに大きい。通路60aの直径に対応する同じ外径を有するが内側の断面積を変えたノズル62のいろいろなセットを用意し、必要に応じて個々のガス流を調節するために適切な選択が行なえるようにするとよい。
【００５４】
本発明のガス・プレヒーターに関する別の簡単化した実施態様の概略図を図8に示してある。
【００５５】
図8に示した実施態様は、環状プレフォーム30からなる積層体32が、ガス分配プレートと負荷支持プレートの両方を兼ねるプレート60によって直接支持されている点で図3の実施態様と異なっている。
【００５６】
この別法による実施態様は、ガス予備加熱チェンバーの効率が十分であるためにガス予備加熱チェンバーから出てくる個々のガス流をさらに予備加熱する必要がない場合に利用することができる。ガス予備加熱チェンバー54の効率は、穴あきプレート66の数を適切に選択することによって調節できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のガス・プレヒーターを有するCVI炉を極めて模式的に示した、図2の面I-Iにおける断面図である。
【図２】図1の面II-IIにおける極めて模式的に示した部分断面図である。
【図３】図1に示した炉のガス・プレヒーターを拡大して模式的に示した部分断面図である。
【図４】図3の面IV-IVおける部分模式断面図である。
【図５】図3の面V-Vおける部分模式断面図である。
【図６】図3の面VI-VIおける部分模式断面図である。
【図７】図3の面VII-VIIおける部分模式断面図である。
【図８】本発明によるガス・プレヒーターの別の実施態様を示した模式断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図４】
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【図８】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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