НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ ГАЗОСТАТА

Нагревательная печь газостата
Изобретение относится к области обработки материалов и изделий в условиях всестороннего сжатия при повышенных температурах.
Разработанная нагревательная печь газостата рассчитана на давление газовой смеси до 2000 МПа и температуру до 2773 К и используется в установках для получения особо чистых наполнителей композиционных материалов, жаропрочных керамик, боридов, нитридов, карбидов различных металлов и других соединений, например: нитрида бора, нитрида алюминия, карбида кремния, окиси бериллия и т.п.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для высокотемпературной обработки заготовок с очисткой газовыделений. (Патент RU № 2147631 Цивинский С.В., Эдемский В.М. устройство (печь ЦивинскогоЭдемского) для получения слитков кремния.
Устройство для получения слитков кремния для изготовления фотопреобразователей солнечной энергии в электрическую имеет упрощенную конструкцию и содержит расположенный в камере, заполненной инертным газом, источник для локального нагрева и плавления кремния с возможностью его перемещения по вертикали снизу вверх и сверху вниз. Камера выполнена в виде графитовой трубы или металлической трубы со съемной верхней частью из графита, цилиндрические поверхности которой снаружи и изнутри покрыты слоем огнеупорной тепло- и электроизоляции, а внутри трубы на металлической подставке, укрепленной на соосно расположенном металлическом стержне с возможностью перемещения по вертикали вниз и вверх, установлен графитовый тигель с крышкой, внутри которого загружена шихта для расплавления и получения слитка кремния, при этом в зазоре между графитовым тиглем и графитовой трубой пропускают поток инертного газа, в среде которого между верхним концом трубы и графитовым тиглем горит электрическая дуга для нагрева и расплавления шихты, питаемая постоянным или переменным током.
к недостаткам указанного прототипа следует отнести невозможность достижения указанных для разработанной печи рабочих параметров и осуществление плавления во взвешенном состояния.
Печь газостата, представленная на фиг.1. Внутри корпуса (1) печи газостата расположен теплозащитный блок, выполненный из коаксиальных тонкостенных стаканов из углерод-углерода (3), покрытых изнутри отражающим покрытием пиролитического нитрида бора или титана и предназначенный для удержания тепла в рабочем объеме. Корпус (1) печи газостата представляет собой тонкостенный стакан из нержавеющей стали, с нанесенным изнутри отражающим покрытием. Пространство между корпусом (1) печи газостата, теплозащитным блоком, а так же между коаксиальными тонкостенными стаканами (3) заполнено углеродным войлоком (2) с удельной поверхностью до 2000 м2/гр, предотвращающим конвекцию газа от стенки к стенке стакана и снижающим перенос температуры излучением. Внутри печи газостата расположен U-образный нагреватель из материала углерод-углерод (4) внутренняя полость которого образует рабочий объем печи.
Печь газостата включает термопару (8) Os-OsRh в чехле из оксида бериллия, проходящую через предметный стол (7), представляющий из себя стакан, заполненный теплоизоляционным наполнителем из углеродного войлока (15).
Основание печи (14) выполнено из окЬида алюминия. Через основание печи (14) проходят контакты токовводов (17) и ввод (18) термопары (8). Теплоизоляционный наполнитель (15) защищает основание печи от перегрева из зоны излучения нагревателя (4).
Подвод тока от токовводов (17) к U-образному углеродному нагревателю осуществляется через последовательно соединенные переходные втулки: медную (13) и молибденовую (11). Для улучшения контакта втулки соединяются между собой вставками (штифтами): медными (13), молибденовыми (11) и углеродными (9), обладающими различными порогами жаростойкости.
Печь устанавливается в рабочий объем газостата. Обрабатываемый образец помещается в рабочий объем печи, ограниченный внутренней поверхностью нагревателя (4), снабженным изнутри пористым покрытием, и верхней поверхностью рабочего стола (7). После предварительного подъема давления в рабочем объеме нагревательной камеры газостата дальнейшее
(//(
повышение давления газовой смеси до рабочего давления 2000 МПа достигается за счет нагрева газовой смеси до 2773 К.
Нагрев обрабатываемого образца осуществляется во внутренней полости нагревательного элемента (4), выполненного из углерод-углеродного композита, корпусу которого с помощью продольной щели придана U-образная форма, за счет которой корпус нагревательного элемента одновременно является электрическим нагревателем сопротивления, что позволяет достичь необходимой температуры и повысить долговечность нагревателя.