一种高温高真空退火炉的制作方法

1.本发明涉及真空镀膜实验设备，具体地说是一种高温高真空退火炉。


背景技术：

2.退火是真空镀膜实验设备热处理的常用工艺。目前的真空退火炉存在的技术问题有：
3.1.现有的真空退火炉的真空度较低，不能提供一个十分洁净的工艺环境。
4.2.现有的真空退火炉的温度不高，很难实现高温且长时间的保温。
5.3.样品退火的温度均匀性不好。


技术实现要素：

6.针对现有真空退火炉存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种高温高真空退火炉。该高温高真空退火炉的退火室冷态极限真空度可达到10-8
pa超高真空，在加热1600℃时热态真空度可达到10-6
pa，而且可实现样品不高于1600℃下的长时间保温退火。
7.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
8.本发明包括进样室组件、退火室组件及抽真空组件，其中抽真空组件包括离子泵、分子泵及机械泵，所述进样室组件包括进样室腔体、样品库及手动传递杆机械手，所述退火室组件包括退火室腔体、上加热器及下加热器，所述离子泵、退火室腔体、进样室腔体及分子泵依次连接，该分子泵与所述机械泵通过管路相连，所述离子泵与退火室腔体之间、退火室腔体与进样室腔体之间以及进样室腔体与分子泵之间均设置有插板阀；所述退火室腔体内设有固定的上加热器及可上下升降的下加热器，所述进样室腔体内设有可上下升降的多层样品库，该进样室腔体的一侧安装有用于在进样室腔体与退火室腔体之间移动退火样品的手动传递杆机械手。
9.其中：所述上加热器包括上壳体、热屏蔽层及石墨加热片，该上壳体连接于所述退火室腔体顶部安装的退火室上法兰上，所述上壳体内设有热屏蔽层，该热屏蔽层内部安装有石墨加热片；所述热屏蔽层外部的上壳体由内至外分为相互独立的保温壳层及水冷壳层，该保温壳层连通有放气管，所述水冷壳层分别连通有进水管及出水管。
10.所述下加热器通过第一焊接波纹管升降机构驱动上下升降，该下加热器包括下壳体、热屏蔽层及石墨加热片，所述下壳体与第一焊接波纹管升降机构相连，该下壳体内设有热屏蔽层，所述热屏蔽层内部安装有石墨加热片；所述热屏蔽层外部的下壳体由内至外分为相互独立的保温壳层及水冷壳层，该保温壳层连通有放气管，所述水冷壳层分别连通有进水管及出水管。
11.所述下加热器还包括全金属通气角阀，该全金属通气角阀安装于所述退火室腔体底部连接的退火室下法兰上，一端与所述退火室腔体内部连通，另一端与外部气瓶或气源连通，向所述退火室腔体内通入工艺气体或冷却气体。
12.所述热屏蔽层采用钽片制成，所述保温壳层采用不锈钢焊接而成，该保温壳层内
部填充有保温石墨毡，所述水冷壳层采用不锈钢焊接而成，该水冷壳层内部通过进水管及出水管通过入循环冷却水。
13.所述退火室腔体上分别安装有挡板观察窗及用于测量真空度的真空规，所述进样室腔体上安装有用于测量真空度的真空规。
14.所述下加热器通过第一焊接波纹管升降机构驱动上下升降，该第一焊接波纹管升降机构包括升降电机、支架、丝杠、丝母、波纹管及连接管，波纹管下端的刀口法兰固定于基础上，所述升降电机通过支架安装在波纹管下端的刀口法兰上，该升降电机的输出端连接有所述丝杠，所述丝母与丝杠螺纹连接，该丝母与波纹管上端的刀口法兰相连；所述连接管的一端与波纹管上端的刀口法兰相连，另一端穿入所述退火室腔体内，并与所述下加热器连接。
15.所述样品库通过第二焊接波纹管升降机构驱动上下升降，该第二焊接波纹管升降机构包括升降电机、支架、丝杠、丝母、波纹管及连接管，波纹管上端的刀口法兰固定于基础上，所述升降电机通过支架安装在波纹管上端的刀口法兰上，该升降电机的输出端连接有所述丝杠，所述丝母与丝杠螺纹连接，该丝母与波纹管下端的刀口法兰相连；所述连接管的一端与波纹管下端的刀口法兰相连，另一端穿入所述进样室腔体内，并与所述样品库连接。
16.所述抽真空组件还包括角阀及电磁隔断阀，该角阀安装于所述进样室腔体上，并通过管路与所述机械泵连接；所述电磁隔断阀的一端安装于分子泵上，另一端通过管路与所述机械泵连接。
17.每层所述样品库上均设有钼样品托。
18.本发明的优点与积极效果为：
19.1.本发明退火室组件的冷态极限真空度可达到10-8
pa超高真空，在加热1600℃时热态极限真空度可达到10-6
pa；进样室组件的极限真空度可达到10-6
pa，可在高真空条件下实现与退火室的样品传递，进而保证退火室一直处于超高真空状态。
20.2.本发明退火室的加热温度为1600℃，可以在高温下长时间保温；退火室的保温壳层能很好的防止热量散失提高热量使用率，降低能耗；退火室的水冷壳层能快速的将无用的散失热量带走，保证加热器外围零部件不受热影响。
21.3.本发明退火室的样品加热均匀性好，4英寸圆样品的中心温度和边缘温度偏差小于2％。
22.4.本发明退火室组件的上、下加热器在开启时能迅速降温，而且加热器内部设置有通气管路，一方面可以在退火时通入工艺气体，使样品处于工艺气体氛围中；另一方面可以在冷却时通入冷却气体，使样品加速降温。
附图说明
23.图1为本发明的结构主视图；
24.图2为本发明的结构俯视图；
25.图3为本发明退火室组件的结构剖视图；
26.图4为本发明进样室组件的结构剖视图；
27.其中：1为进样室组件，2为退火室组件，3为离子泵，4为第一插板阀，5为第二插板阀，6为第三插板阀，7为分子泵，8为机械泵，9为第一高真空电离规，10为第一低真空电阻
规，11为角阀，12为第二高真空电离规，13为电磁隔断阀，14为第二低真空电阻规，15为退火室腔体，16为上加热器，17为水冷壳层，18为保温壳层，19为热屏蔽层，20为石墨加热片，21为下加热器，22为全金属通气角阀，23为第一焊接波纹管升降机构，24为挡板观察窗，25为进样室腔体，26为第二焊接波纹管升降机构，27为样品库，28为钼样品托，29为手动传递杆机械手，30为退火室上法兰，31为退火室下法兰，32为放气管，33为进水管，34为出水管。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明作进一步详述。
29.如图1～4所示，本发明包括进样室组件1、退火室组件2及抽真空组件，其中抽真空组件包括离子泵3、分子泵7及机械泵8，进样室组件1包括进样室腔体25、样品库27及手动传递杆机械手29，退火室组件2包括退火室腔体15、上加热器16及下加热器21，离子泵3、退火室腔体15、进样室腔体25及分子泵7依次连接，该分子泵7与机械泵8通过管路相连，离子泵3与退火室腔体15之间、退火室腔体15与进样室腔体25之间以及进样室腔体25与分子泵7之间均设置有插板阀；即，退火室腔体15与离子泵3之间设置第一插板阀4，退火室腔体15与进样室腔体25之间设置第二插板阀5，进样室腔体25与分子泵7之间设置第三插板阀6。退火室腔体15内设有固定的上加热器16及可上下升降的下加热器21，进样室腔体25内设有可上下升降的多层样品库27，该进样室腔体25的一侧安装有用于在进样室腔体25与退火室腔体15之间移动退火样品的手动传递杆机械手29。
30.本实施例的退火室腔体15顶部及底部分别固接有退火室上法兰30及退火室下法兰31，上加热器16与下加热器21均位于退火室腔体15内，上加热器16固定安装在下加热器21的正上方。本实施例的上加热器16包括上壳体、热屏蔽层19及石墨加热片20，该上壳体连接于退火室上法兰30上，上壳体内设有热屏蔽层19，该热屏蔽层19内部安装有石墨加热片20。热屏蔽层19外部的上壳体由内至外分为相互独立的保温壳层18及水冷壳层17，该保温壳层18连通有放气管32，水冷壳层17分别连通有进水管33及出水管34。
31.本实施例的下加热器21包括下壳体、热屏蔽层19及石墨加热片20，该下壳体连接于第一焊接波纹管升降机构23上，下壳体内设有热屏蔽层19，该热屏蔽层19内部安装有石墨加热片20。热屏蔽层19外部的下壳体由内至外分为相互独立的保温壳层18及水冷壳层17，该保温壳层18连通有放气管32，水冷壳层17分别连通有进水管33及出水管34。本实施例的下加热器21还包括全金属通气角阀22，该全金属通气角阀22安装于退火室下法兰31上，一端与退火室腔体15内部连通，另一端与外部气瓶或气源连通，向退火室腔体15内通入工艺气体或冷却气体；本实施例的工艺气体或冷却气体可为惰性气体中的氩气。
32.本实施例上加热器16和下加热器21中的热屏蔽层19采用钽片制成；保温壳层18采用不锈钢焊接而成，该保温壳层18内部填充有保温石墨毡；水冷壳层17采用不锈钢焊接而成，该水冷壳层17内部通过进水管33及出水管34通过入循环冷却水，水冷壳层17能够将无用的散失热量及时带走，保证上、下加热器16、21外围零部件不会遭受热影响。
33.本实施例的退火室腔体15上分别安装有挡板观察窗24及用于测量真空度的第一电离高真空规9和第一电阻低真空规10。本实施例的进样室腔体25上安装有用于测量真空度的第二电离高真空规12和第二电阻低真空规14。本实施例的电离高真空规及电阻低真空规均为市购产品，购置于成都睿宝电子科技有限公司，电离高真空规的型号为zj-12电离真
空规管，电阻低真空规的型号为zj-52t电阻真空规管。
34.本实施例的下加热器21通过第一焊接波纹管升降机构23驱动上下升降，进而可实现上加热器16与下加热器21的扣合和开启。第一焊接波纹管升降机构23包括升降电机、支架、丝杠、丝母、波纹管及连接管，波纹管下端的刀口法兰固定于基础(如工作台)上，升降电机通过支架固定安装在波纹管下端的刀口法兰上，该升降电机的输出端连接有丝杠，丝母与丝杠螺纹连接，该丝母与波纹管上端的刀口法兰相连。连接管的一端与波纹管上端的刀口法兰相连，另一端由退火室下法兰31穿入退火室腔体15内，并与下加热器21的下壳体连接。升降电机工作，通过丝杠与丝母形成的螺旋副实现波纹管上端的刀口法兰升降，进而通过连接管带动整个下加热器21在退火室腔体15内进行升降。波纹管的作用是动密封，既可以实现运动升降，又可以密封真空，不漏气。因此，波纹管的设计可实现整个下加热器21在退火室腔体15内升降的超高真空动密封。
35.本实施例的样品库27为四层，每层样品库27上均设有钼样品托28；本实施例的钼样品托28最大可放置4英寸圆样品。样品库27通过第二焊接波纹管升降机构26驱动上下升降，该第二焊接波纹管升降机构26与手动传递杆机械手29配合动作，能够实现样品库27上钼样品托28的取放以及传递。本实施例的二焊接波纹管升降机构26包括升降电机、支架、丝杠、丝母、波纹管及连接管，波纹管上端的刀口法兰固定于基础(如工作台)上，升降电机通过支架安装在波纹管上端的刀口法兰上，该升降电机的输出端连接有丝杠，丝母与丝杠螺纹连接，该丝母与波纹管下端的刀口法兰相连。连接管的一端与波纹管下端的刀口法兰相连，另一端穿入进样室腔体25内，并与样品库27连接。升降电机工作，通过丝杠与丝母形成的螺旋副实现波纹管下端的刀口法兰升降，进而通过连接管带动样品库27在进样室腔体25内进行升降。本实施例的手动传递杆机械手29为市购产品，购置于美国kurt j.lesker company公司，型号为epp35-609-h。
36.本实施例的抽真空组件还包括角阀11及电磁隔断阀13，该角阀11安装于进样室腔体25上，并通过管路与机械泵8连接；电磁隔断阀13的一端安装于分子泵7上，另一端通过管路与机械泵8连接。
37.本实施例中提到的管路可为现有技术中的抽气液压波纹管。
38.本实施例中第一、二焊接波纹管升降机构23、26采用升降电机驱动，其他驱动方式也可以实现此功能。另外，四层样品库27也可以做成更多层。
39.本实施例中，优选地，上、下加热器16、21选用石墨加热片作为加热介质，其他如钽片、钽丝、钼片、钨片等也可以使用。
40.本实施例中，上、下加热器16、21中的保温壳层18选用保温软石墨毡作为内部填充保温介质，其他软质耐高温材料也可以适用，没有限制。
41.本实施例中，退火室组件2采用上、下加热器16、21组合的结构方式实现高温加热保温，其他结构形式如前、后，左、右或多块拼合组合等方式的替换也在本发明的保护范围内。
42.本发明的工作原理为：
43.本实施例中，退火样品为4英寸圆样品，其他尺寸小于4英寸的各种异形样品也可放置在钼样品托28上，没有限制。
44.1.将退火样品放置在进样室腔体25内的样品库27的钼样品托28上，然后关闭进样
室腔体25上的活开门，开启抽真空系统。
45.2.退火室腔体15用离子泵3抽气保持在10-8
pa超高真空状态，待进样室腔体25内的真空度达到10-5
pa时，开启退火室腔体15与进样室腔体25之间的第二插板阀5，通过手动传递杆机械手29将退火样品取放到退火室腔体15内。待退火样品放置到退火室腔体15内的下加热器21后，手动传递杆机械手29退回。关闭退火室腔体15与进样室腔体25之间的第二插板阀5。
46.3.第一焊接波纹管升降机构23驱动下加热器21上升，待退火室腔体15内的上、下加热器16、21扣合后，退火室腔体15内开始加热，保温壳层18能够很好地阻挡热量遗失。
47.4.待样品退火完毕后，退火室腔体15内的上、下加热器16、21可处于开启状态，方便样品快速降温冷却。
48.5.待样品退火冷却后开启进样室腔体25与退火室腔体15之间的第二插板阀5，通过手动传递杆机械手29将样品取放回进样室腔体25内。然后，将下一个样品送入到退火室腔体15内开始退火。
49.6.以此类推，直至完成进样室腔体25内的四层样品库27上所有样品的退火。