真空熱處理裝置

专利摘要:
本發明揭示一種真空熱處理裝置，其係具有一結構，可藉由將一反應容器之形狀最佳化，來改善合成粉末之回收率，並避免該合成粉末在該反應容器中出現一散射現象；同時，亦可增加粉末之一回收量，以使反應氣體因一蓋體單元之一下部分之一溝槽，而具有渦漩流，並經由一形成於一坩堝之一上部分上的排氣口而被排出至外界。
公开号:TW201314155A
申请号:TW101124765
申请日:2012-07-10
公开日:2013-04-01
发明作者:Woo-Young Lee；Byung-Sook Kim；Jung-Eun Han
申请人:Lg Innotek Co Ltd；
IPC主号:B01J3-00

专利说明:
真空熱處理裝置
本發明係主張關於2011年07月12日申請之韓國專利案號No.10-2011-0069142之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。
本發明係關於一種真空熱處理裝置。
真空熱處理裝置係為一種可經由在一坩堝(crucible)中對一原料進行熱處理，來產生所需物質之裝置。且其具有優點在於：熱處理係在一真空狀態下進行，故不會對周遭環境產生污染。在真空熱處理裝置中，一熱絕緣件(heat insulating member)係被設置於一處在真空狀態下之腔室(chamber)中，且一加熱器(heater)係被設置於該熱絕緣件中，進而加熱一原料。
然而，因為在一反應過程中，反應氣體(reaction gas)沒有透過坩堝之一排氣口(exhaust port)被排出，在坩堝中合成之碳化矽粉末會散佈(scattered)出去，進而降低一回收率(recovery rate)。
本發明之一方面在於提供一種真空熱處理裝置，其係具有一結構，可藉由將一反應容器(reaction container)之形狀最佳化，來改善合成粉末(synthesized powder)之回收率，進而避免合成粉末在反應容器中出現一散射現象(scattering phenomenon)；同時，亦可增加粉末之一回收量(recovery amount)，以使反應氣體因一蓋體單元(cover unit)之一下部分之一溝槽，而具有渦漩流(vortex flow)，並經由一形成於一坩堝之一上部分上的排氣口而被排出至外界。
根據本發明之一方面，提供真空熱處理裝置，包括：一腔室；一反應容器，設置於該腔室之中；以及一加熱件(heating member)，用以加熱該腔室中之反應容器。其中，該反應容器之內部係具有一空間(space part)，且包括：一容器單元，其一表面係為開放；以及一蓋體單元，用以覆蓋該容器單元。其中，該蓋體單元之一下表面係包括一插入區域，插入於該空間內，且該插入區域之一厚度係介於該容器單元之一深度之1/3至3/5之範圍內。
根據本發明之範例實施例，本發明係具有功效在於：可藉由將一反應容器之形狀最佳化，來改善合成粉末之一回收率，進而避免合成粉末在反應容器中出現一散射現象。
又，本發明係具有優點在於：反應氣體因蓋體單元之下部分之溝槽，而具有渦漩流，且係經由形成於坩堝之上部分上的排氣口而被排出至外界，進而可增加粉末之一回收量。
所附圖示係用以更佳的說明本發明，且係為本說明書之一部份。本發明實施例係由文字說明配合所附圖示說明之。
在以下參考所附圖示，將詳細說明本發明之實施例。在配合圖示說明時，相同參考的數字將會指定到圖示解說中的相同元件，重複解說的部分將予省略。應理解的是，「第一」、「第二」以及類似的用詞在此是用來描述不同的元件；這些元件並不限制於此些用詞。這些用詞係用以區分各項元件者。在圖示中所描述之各層(膜)、各區域、各圖案、或各結構之厚度或尺寸可為經修正後繪示，以求清晰與便利理解，故其實際之尺寸可與圖示中所繪不同。
在下文中，將配合所附圖示，根據詳細描述與說明本發明之實例與實施例。
圖1係根據本發明一範例實施例，繪示有一真空熱處理裝置之一概要輪廓視圖(outline view)。
參閱圖1，根據本發明範例實施例之一種真空熱處理裝置100係包括：一腔室10；一熱絕緣件20，設置於腔室10之中；一反應容器30，設置於熱絕緣件20之中；以及一加熱件40。下文中將更詳細的說明之。
常壓標準氣體(atmosphere gas)係經由一常壓標準氣體供送管(atmosphere gas supplying pipe)(未圖示)被注入於腔室10之內部。所使用之常壓標準氣體可為惰性氣體(inert gas)如氬(argon，Ar)、氦(helium，He)等等。
熱絕緣件20係被設置於腔室10之中，且可將反應容器30絕緣，以將其維持在一適合反應之溫度。熱絕緣件20可包括石墨(graphite)，以耐高溫。
又，反應容器30中係填入有混合原料，並藉由其中之一反應，來產生一所需之物質；反應容器30係被設置於熱絕緣件20之中。反應容器30可包括石墨，以耐高溫。在反應過程中所產生之氣體可經由與反應容器30相連接之一排氣口12來排出。
加熱件40係用以加熱反應容器30，且可被設置於熱絕緣件20與反應容器30之間。加熱件40可使用多種方法來供給熱能給反應容器30。例如，加熱件40可藉由將一電壓施於石墨上，來產生熱。
真空熱處理裝置100可被使用為一碳化矽產生裝置(silicon carbide producing apparatus)，其係藉由加熱一混合原料(例如，包括一碳源(carbon source)與一矽源(silicon source)之混合原料)來產生碳化矽。然而，本發明實施例並不限制於此。
在下文中，將配合圖2、3，詳細說明真空熱處理裝置100之反應容器30。
圖2係根據本發明另一範例實施例，繪示有真空熱處理裝置100之反應容器30之一立體圖；圖3係繪示有沿圖2中III-III線之一剖面圖。
參閱圖2、3，根據本發明之本範例實施例之真空熱處理裝置100之反應容器30可具有一內部分，其底面可具有一弧形形狀，尤其是一圓形或一橢圓形。也就是說，該反應容器可被實施為：一圓柱形結構，其一側壁(一曲面)係具有曲度(curvature)，以使其水平截面之形狀變成一圓形或一橢圓形。
如此一來，當反應容器30之底面具有一圓形時，可避免反應容器30因均勻散佈之力而受到破壞。關於這一點，下述將以一實例來說明之，其中真空熱處理裝置100係被使用為用以產生碳化矽之一碳化矽產生裝置。
一碳源、一矽源等係被填入於圖2、3中之反應容器30裡，然後在一高溫下，經由一反應而生成碳化矽。此時，反應容器30可由石墨所構成，以耐高溫。藉由反應容器30之矽源與石墨之間的反應，一碳化矽層可形成於反應容器30中。然後，具有兩不同材料之碳化矽層可形成於由石墨構成之反應容器30中。在過去，因為碳化矽之熱膨脹係數(thermal expansion coefficient)係大於構成反應容器30之石墨之熱膨脹係數，故反應容器30之中段部分會膨脹起來。
然而，在本實施例中，反應容器30之一平面形狀可包括一弧形部分，藉此利用施加於反應容器30之上的在熱應力(heat stresses)間之方向性(directional properties)，來最小化反應容器30之受力。因此，可避免該反應容器變形、損壞。
在本實施例中，反應容器30在其內部可具有一空間，且可包括：一容器單元32，其一表面係為開放；以及一蓋體單元34，用以覆蓋容器單元32。
容器單元32係具有一內部空間，一反應原料係填入於此。又，一溝槽322係形成於容器單元32中，以使氣體得以進入蓋體單元34與容器單元32之間。因為溝槽322之緣故，在熱處理過程中產生之氣體可被排出。溝槽322可形成於該容器單元之一側面之一上部分上，且可具有一不規則形狀。
另，蓋體單元34可包括：一第一部分341形成於一外部區域，以與容器單元32接觸於一平坦上表面343；以及一第二部分342形成於蓋體單元34之一下表面之一中心區域，以對應容器單元32之空間部分。此時，第二部分342可不與容器單元32之側面相接觸，且可與其相隔而設，以產生一預設距離T4。
此時，第二部分與容器單元之側面之間的一分隔距離可被定為使容器單元32之一尺寸T3與第二部分342之比例範圍落在1：10至1：13之範圍內，且可為2：25。
另，當蓋體單元34被插入於容器單元32時，蓋體單元34之第二部分342之一厚度T2可為至容器單元32之一底面之一深度T1之1/3至3/5之範圍內，或為T1之1/2。
第二部分342係形成為與第一部分341相鄰接，且係形成為對應蓋體單元之一上表面之一垂直向下的方向；其係可形成為對應蓋體單元34之一蓋體表面而傾斜者。如此，藉由將其側面343形成為傾斜的，可有效地避免蓋體單元34與容器單元32間的撞擊所導致之破壞。第二部分342之側面可具有各種不同形狀；例如，其可包括一圓形部分。
如此，蓋體單元34之第二部分342之厚度T2可形成為比一傳統厚度更深，進而減少反應粉末產生後散射的空間。第二部分342與容器單元32之側面間之分隔距離T4係被縮小，以使氣體向外界排出之一路徑變窄。
此時，第二部分342係如下述般形成，進而引致氣體排出。
下文中將配合圖4、5，詳細說明第二部分之一氣體排出結構。
圖4繪示有圖2中蓋體單元之一底面；圖5係繪示有圖2中反應容器從下部所視之一立體圖。
參閱圖4、5，根據本發明之本範例實施例中，蓋體單元可被實施為一結構，其中一凹版溝槽345形成於第二部分342之下表面上。
溝槽345可形成於整個下表面上，且可被實施為一螺旋線型圖案，沿著下表面之形狀旋繞成形。如圖4所示，該螺旋線型圖案之實施結構可如下述：具有凹版溝槽，其係形成為一螺旋結構，該螺旋結構係自一插入區域之一下表面之一中心部分往外旋繞；又，各線型圖案之間的距離，可形成為全數一致，或者越靠外側者距離越寬。部分線型圖案可達到加速渦漩流形成之效果。
當如上所述之螺旋溝槽345形成時，由一反應所生成之氣體會沿著溝槽345造成一渦漩流現象，並自中心部分流動至外側部分。據此，氣體經由形成於外側部分之分隔距離T4，而被排出至形成於容器單元32之側面上的溝槽322。
以下將敘述可說明根據本發明範例實施例之效果之實例。 比較實施例1(Comparative Example)
二氧化矽(SiO₂)與碳黑(carbon black)係被混合於一圓柱形石墨坩堝中，該坩堝之一直徑為500Φ、一高度為其直徑之一半；該二氧化矽與碳黑混合物係被秤重。該二氧化矽與碳黑混合物係被注入於一烤爐(brazier)中，接著在合成溫度1400℃~1900℃、惰性氣體(氬)環境之下加熱處理三小時。然後，其一回收量為400g(相對於一總注入量2.5kg)。 範例實施例1(Experimental Example)
除了比較實施例1中所述的坩堝外，二氧化矽與碳黑亦可被混合於一坩堝之一蓋體上，其係被設計為具有一直徑為480Φ，且坩堝底之厚度比(thickness ratio)為1：2；該二氧化矽與碳黑混合物係被秤重。該二氧化矽與碳黑混合物係被注入於一烤爐中，接著在合成溫度1400℃~1900℃、惰性氣體(氬)環境之下加熱處理三小時。然後，其一回收量為450g(相對於一總注入量2.5kg)。 範例實施例2(Experimental Example)
除了比較實施例1中所述的坩堝外，二氧化矽與碳黑亦可被混合於一坩堝中，其中坩堝之一蓋體與一側面之比為2：25，該二氧化矽與碳黑混合物係被秤重。該二氧化矽與碳黑混合物係被注入於一烤爐中，接著在合成溫度1400℃~1900℃、惰性氣體(氬)環境之下加熱處理三小時。然後，其一回收量為475g(相對於一總注入量2.5kg)。 範例實施例3(Experimental Example)
除了比較實施例2中所述的坩堝外，二氧化矽與碳黑亦可被混合於一坩堝中，其中一螺旋溝槽345係使用3T形成於坩堝之蓋體之一下部分上。該二氧化矽與碳黑混合物係被秤重。該二氧化矽與碳黑混合物係被注入於一烤爐中，接著在合成溫度1400℃~1900℃、惰性氣體(氬)環境之下加熱處理三小時。然後，其一回收量為600g(相對於一總注入量2.5kg)。
下表中顯示範例結果。
參閱上表，如圖1至5所示，當控制蓋體單元34與容器單元32間的分隔距離T4以及蓋體單元34之第二部分342與容器單元32之深度比，且形成螺旋溝槽345於第二部分342上時，可以發現，回收率滿足一理論回收率之80%。
雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但應理解，熟習此項技術者可想出將落入本發明之原理的精神及範疇內的眾多其他修改及實施例。應理解的是，雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但僅用以描述特定實施例，而用以非限制本發明之範疇。因此，所有落入本發明範疇之修改及實施例均應被理解為被包括於本發明申請範疇之內。
10‧‧‧腔室
12‧‧‧排氣口
20‧‧‧熱絕緣件
30‧‧‧反應容器
32‧‧‧容器單元
34‧‧‧蓋體單元
322‧‧‧溝槽
341‧‧‧第一部分
342‧‧‧第二部分
343‧‧‧上表面
345‧‧‧凹版溝槽
T1‧‧‧深度
T2‧‧‧厚度
圖1係根據本發明一範例實施例，繪示有一真空熱處理裝置之一概要輪廓視圖。
圖2係根據本發明另一範例實施例，繪示有真空熱處理裝置之反應容器之一立體圖。
圖3係繪示有沿圖2中III-III線之一剖面圖。
圖4繪示有圖2中一蓋體單元之一底面。圖5係繪示有圖2中反應容器從下部所視之一立體圖。
30‧‧‧反應容器
32‧‧‧容器單元
34‧‧‧蓋體單元
322‧‧‧溝槽
341‧‧‧第一部分
342‧‧‧第二部分

权利要求:
Claims (15)
[1] 一種真空熱處理裝置包括：一腔室；一反應容器，設置於該腔室之中，且係包括：一容器單元，其內部具有一空間，且其一表面係為開放；以及一蓋體單元，用以覆蓋該容器單元；以及一加熱件，用以加熱該腔室中之該反應容器；其中，該蓋體單元之一下表面係包括一插入區域，插入於該空間內。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之真空熱處理裝置，其中該插入區域之一厚度係介於該容器單元之一深度之1/3至3/5之範圍內。
[3] 如申請專利範圍第2項所述之真空熱處理裝置，其中該反應容器之一側壁係由一曲面形成。
[4] 如申請專利範圍第3項所述之真空熱處理裝置，其中該反應容器之垂直截面之形狀係為一圓形或一橢圓形。
[5] 如申請專利範圍第2項所述之真空熱處理裝置，其中該蓋體單元係包括：一第一部分，形成於一外部區域，以與該容器單元接觸於該蓋體單元之一上表面；以及一第二部分，與該第一部分相鄰，且形成於該蓋體單元之一中心區域，以對應該容器單元之該空間。
[6] 如申請專利範圍第5項所述之真空熱處理裝置，其中該第二部分係結合於該蓋體單元之該上表面之一垂直向下的方向，且係被實施為一結構，該結構中該第二部分之一側面係為傾斜。
[7] 如申請專利範圍第6項所述之真空熱處理裝置，其中該第二部分之該側面係形成為一曲面。
[8] 如申請專利範圍第5項所述之真空熱處理裝置，其中該第二部分與該容器單元之一側面係結合為一結構，其中該兩者係彼此相隔而設。
[9] 如申請專利範圍第8項所述之真空熱處理裝置，其中該第二部分與該容器單元之該側面之間的一分隔距離，係設定為使該容器單元之一尺寸與該分隔距離之比落在1：10至1：13之範圍內。
[10] 如申請專利範圍第9項所述之真空熱處理裝置，其中該第二部分與該容器單元之該側面之間的一分隔距離，係設定為使該容器單元之一尺寸與該分隔距離之比落在2：25之範圍內。
[11] 如申請專利範圍第2項所述之真空熱處理裝置，其中該插入區域係具有一結構，其中一凹版溝槽係被提供於該插入區域之一下表面。
[12] 如申請專利範圍第11項所述之真空熱處理裝置，其中該溝槽係以一螺旋線型圖案被實施於該插入區域之該下表面上。
[13] 如申請專利範圍第12項所述之真空熱處理裝置，其中該螺旋線型圖案係具有一結構，其中各線型圖案之間的距離越靠外側者越寬。
[14] 如申請專利範圍第2項所述之真空熱處理裝置，其中該容器單元之該側面之一上部分係形成不規則形。
[15] 如申請專利範圍第13項所述之真空熱處理裝置，其中該反應容器係由包括石墨之一材料形成。

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