专利名称:一种适用于碲镉汞材料的热处理装置
专利类型:发明专利
专利申请号:CN202111284496.6
专利申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第四十八研究所
权利人地址:湖南省长沙市天心区新开铺路1025号
专利发明(设计)人:陈若愚,杨金,何永平,余洋,陈李松,张超
专利摘要:本发明公开了一种适用于碲镉汞材料的热处理装置,包括炉体、炉盖、设于炉体中的石英管以及设于石英管中的石墨舟架,所述石英管沿竖向布置且上端敞开,所述炉体与所述石英管之间设有金属管,所述金属管下端封闭且上端敞开,所述炉盖与所述金属管上端密封配合,所述炉盖上穿设有拉杆,所述拉杆下端与所述石墨舟架连接。本发明有利于提高安全性,能够在多气氛环境下独立完成较大尺寸碲镉汞材料的热处理。
主权利要求:
1.一种适用于碲镉汞材料的热处理装置,包括炉体(1)、炉盖(11)、设于炉体(1)中的石英管(2)以及设于石英管(2)中的石墨舟架(21),其特征在于:所述炉体(1)与所述石英管(2)之间设有金属管(3),所述金属管(3)下端封闭且上端敞开,所述石英管(2)沿竖向布置且上端敞开以与金属管(3)连通,所述炉盖(11)与所述金属管(3)上端密封配合,所述炉盖(11)上穿设有拉杆(12),所述拉杆(12)下端与所述石墨舟架(21)连接;所述炉盖(11)下方设有过渡室(4),所述过渡室(4)与所述金属管(3)之间设有用于控制所述石英管(2)与所述过渡室(4)连通或断开的控制阀(41)。
2.根据权利要求1所述的适用于碲镉汞材料的热处理装置,其特征在于:所述过渡室(4)上设有抽真空接头(42)。
3.根据权利要求2所述的适用于碲镉汞材料的热处理装置,其特征在于:所述过渡室(4)上还设有第一进气接头(43)和第一出气接头(44)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的适用于碲镉汞材料的热处理装置,其特征在于:所述石英管(2)和所述金属管(3)上端均延伸至所述炉体(1)上方,所述金属管(3)上端套设有液冷套(31)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的适用于碲镉汞材料的热处理装置,其特征在于:所述金属管(3)上端设有第二进气接头(32)和第二出气接头(33)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的适用于碲镉汞材料的热处理装置,其特征在于:所述炉体(1)上端设有第三进气接头(13)且下端设有第三出气接头(14),所述金属管(3)外周设有均气板(15),所述均气板(15)上设有多个均气孔(16),所述第三进气接头(13)通过所述均气板(15)与所述第三出气接头(14)连通。
7.根据权利要求6所述的适用于碲镉汞材料的热处理装置,其特征在于:所述炉体(1)下方设有冷阱(5)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的适用于碲镉汞材料的热处理装置,其特征在于:所述炉体(1)侧面沿竖向设有多个第一控温热偶(17)且底部设有第二控温热偶(18),所述第二控温热偶(18)延伸至所述石英管(2)底部。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的适用于碲镉汞材料的热处理装置,其特征在于:所述石英管(2)下端为倒锥形结构并配设有石英挡板(22),所述石英挡板(22)上开设有蒸发口(23)。 说明书 : 一种适用于碲镉汞材料的热处理装置技术领域[0001] 本发明涉及热处理设备技术领域,尤其涉及一种适用于碲镉汞材料的热处理装置。背景技术[0002] 碲镉汞材料是一种三元化合物,热处理除了能改变材料的缺陷状态外,还能改变材料的化学计量比和组分。碲镉汞材料中的汞原子相当活跃,热处理很容易改变汞原子的位置,汞原子的运动还能带动掺杂原子的运动,并影响其缺陷形态。目前国内碲镉汞红外器件生产线上,用于热处理设备的核心部件炉膛主要采用封管炉膛结构,由于封管式结构的特点,碲镉汞材料在富汞蒸汽环境进行退火过程中需要依次完成炉膛石英管抽气、焊接、封管焊接、冷凝及开管等工艺过程,整个流程需要数台设备协助完成,生产效率低,且容易引入杂质气体、玻璃颗粒等污染物,产品质量难以提升,更无法满足大尺寸和多气氛要求。发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种有利于提高安全性,能够在多气氛环境下独立完成较大尺寸碲镉汞材料的热处理的装置。[0004] 为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:[0005] 一种适用于碲镉汞材料的热处理装置,包括炉体、炉盖、设于炉体中的石英管以及设于石英管中的石墨舟架,所述石英管沿竖向布置且上端敞开,所述炉体与所述石英管之间设有金属管,所述金属管下端封闭且上端敞开,所述炉盖与所述金属管上端密封配合,所述炉盖上穿设有拉杆,所述拉杆下端与所述石墨舟架连接。[0006] 作为上述技术方案的进一步改进:所述炉盖下方设有过渡室,所述过渡室与所述金属管之间设有用于控制所述石英管与所述过渡室连通或断开的控制阀。[0007] 作为上述技术方案的进一步改进:所述过渡室上设有抽真空接头。[0008] 作为上述技术方案的进一步改进:所述过渡室上还设有第一进气接头和第一出气接头。[0009] 作为上述技术方案的进一步改进:所述石英管和所述金属管上端均延伸至所述炉体上方,所述金属管上端套设有液冷套。[0010] 作为上述技术方案的进一步改进:所述金属管上端设有第二进气接头和第二出气接头。[0011] 作为上述技术方案的进一步改进:所述炉体上端设有第三进气接头且下端设有第三出气接头,所述金属管外周设有均气板,所述均气板上设有多个均气孔,所述第三进气接头通过所述均气板与所述第三出气接头连通。[0012] 作为上述技术方案的进一步改进:所述炉体下方设有冷阱。[0013] 作为上述技术方案的进一步改进:所述炉体侧面沿竖向设有多个第一控温热偶且底部设有第二控温热偶,所述第二控温热偶延伸至所述石英管底部。[0014] 作为上述技术方案的进一步改进:所述石英管下端为倒锥形结构并配设有石英挡板,所述石英挡板上开设有蒸发口。[0015] 与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明公开的适用于碲镉汞材料的热处理装置,石英管采用竖直开管式形式,炉体与石英管之间设置有金属管,金属管上端与炉盖密封配合,内部的石英管与外部的金属管可以直接连通,不存在压差,石英管内部的高压由外部的金属管直接承受,使得热处理装置的耐高压性能更好,也避免了因石英管破裂而导致汞液泄露风险,装置安全性更高;相对于常用的石英管封管形式,石英管内部的石墨舟架可以同时放置多片碲镉汞母片,在Hg、Ar、N2、H2等多气氛环境下独立完成较大尺寸的碲镉汞材料热处理过程,且整个工艺过程更简单,效率更高。附图说明[0016] 图1是本发明适用于碲镉汞材料的热处理装置的立体结构示意图。[0017] 图2是本发明适用于碲镉汞材料的热处理装置的主视结构示意图。[0018] 图3是图2的A‑A视图。[0019] 图4是图3的B‑B视图。[0020] 图5是图3中C处的放大图。[0021] 图6是图3中D处的放大图。[0022] 图7是图3中E处的放大图。[0023] 图中各标号表示:1、炉体;11、炉盖;12、拉杆;13、第三进气接头;14、第三出气接头;15、均气板;16、均气孔;17、第一控温热偶;18、第二控温热偶;2、石英管;21、石墨舟架;22、石英挡板;23、蒸发口;3、金属管;31、液冷套;32、第二进气接头;33、第二出气接头;4、过渡室;41、控制阀;42、抽真空接头;43、第一进气接头;44、第一出气接头;5、冷阱;61、热屏上盖;62、热屏中盖;63、热屏底托;7、碲镉汞母片。具体实施方式[0024] 以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。[0025] 图1至图7示出了本发明适用于碲镉汞材料的热处理装置的一种实施例,本实施例的适用于碲镉汞材料的热处理装置,包括炉体1、炉盖11、设于炉体1中的石英管2以及设于石英管2中的石墨舟架21,石英管2沿竖向布置且上端敞开,炉体1与石英管2之间设有金属管3,金属管3下端封闭且上端敞开,炉盖11与金属管3上端密封配合,炉盖11上穿设有拉杆12,拉杆12下端与石墨舟架21连接。优选的,金属管3例如可以是常见的不锈钢管等,耐高温、高压,机械强度高且加工制造方便;拉杆12与石墨舟架21之间可以采用插销、螺纹紧固件等方式连接,可靠性好且方便将石墨舟架21从拉杆12上取下。[0026] 该适用于碲镉汞材料的热处理装置,石英管2采用竖直开管式形式,炉体1与石英管2之间设置有金属管3,金属管3上端与炉盖11密封配合,内部的石英管2与外部的金属管3可以直接连通,不存在压差,石英管2内部的高压由外部的金属管3直接承受,使得热处理装置的耐高压性能更好,也避免了因石英管2破裂而导致汞液泄露风险,装置安全性更高;相对于常用的石英管采用封管形式,石英管2内部的石墨舟架21可以同时放置多片碲镉汞母片7(本实施例中,石墨舟架21可以放置两层碲镉汞母片7),在Hg、Ar、N2、H2等多气氛环境下独立完成较大尺寸的碲镉汞材料热的处理过程,且整个工艺过程更简单,效率更高。[0027] 进一步地,本实施例中,炉盖11下方设有过渡室4,过渡室4与金属管3之间设有用于控制石英管2与过渡室4连通或断开的控制阀41。进行批量生产时,当碲镉汞母片7需要进行降温过程,可以通过拉杆12将石墨舟架21提升至过渡室4内,然后关闭控制阀41,从而在过渡室4内完成降温过程。炉体1本身不需要进行降温处理,可以实现后续碲镉汞母片7的快速升温和降温,大幅度提高了热处理装置的生产效率。优选的,过渡室4下端与控制阀41上侧密封配合、金属管3上端与控制阀41下侧密封配合(例如在接缝处通过密封圈、密封胶条等实现密封),进而实现金属管3与炉盖11之间的密封配合;控制阀41例如可以是球阀等,结构简单、可靠,方便实现自动化控制,且可以供石墨舟架21通过。[0028] 更进一步地,本实施例中,过渡室4上设有抽真空接头42(例如可以是法兰接头)。当碲镉汞母片7在过渡室4内进行降温时,可以通过抽真空接头42对过渡室4进行抽真空,避免降温过程中产生的汞蒸汽凝聚在碲镉汞母片7上破坏产品,进一步提升过渡室4的可靠性。[0029] 更进一步地,本实施例中,过渡室4上还设有第一进气接头43和第一出气接头44。当碲镉汞母片7在过渡室4内进行降温时,可以通过第一进气接头43输入高纯度的N2作为冷却气体,N2吸收过渡室4内的热量后通过第一出气接头44排出,从而提高产品的冷却速度。[0030] 进一步地,本实施例中,石英管2和金属管3上端均延伸至炉体1上方,金属管3上端套设有液冷套31,液冷套31例如可以是常见的水冷套。石英管2内的汞液在下方炉体1的加热作用下蒸发,汞蒸汽向上流动,石英管2和金属管3在外周液冷套31的作用下,温度较低,汞蒸汽接触到石英管2上端时被冷却、凝聚,然后在重力作用下向下回流,从而形成石英管2内汞蒸汽冷凝回流循环过程,结构简单、可靠。[0031] 作为优选的实施例,金属管3上端设有第二进气接头32和第二出气接头33。可以通过第二进气接头32向石英管2和金属管3内输入高纯度的H2,使得热处理装置内部压力维持在6个大气压力左右,然后炉体1再进行加热过程。[0032] 作为优选的实施例,炉体1上端设有第三进气接头13且下端设有第三出气接头14,金属管3外周设有均气板15,均气板15上设有多个均气孔16,第三进气接头13通过均气板15与第三出气接头14连通。工艺过程结束后需要对炉体1进行冷却时,关闭控制阀41并停止加热,通过第三进气接头13输入冷却气体,冷却气体通过均气板15进行匀气后均匀地沿金属管3外壁与炉体1之间的间隙通过炉体1内部,吸收炉体1内部热量之后的高温冷却气体通过第三出气接头14排出,从而实现炉体1的快速降温。优选的,第三进气接头13设置多个并沿圆周方向均匀布置,有利于冷却气体均匀的进入炉体1内部,保证各处冷却效果均匀一致。[0033] 进一步地,本实施例中,炉体1下方设有冷阱5,冷阱5例如可以是常见的水冷冷阱。炉体1冷却过程中产生的废气可以通过冷阱5进行非接触式水冷换热降温,避免废气温度过高对热处理装置造成安全隐患。[0034] 作为优选的实施例,炉体1侧面沿竖向设有多个第一控温热偶17,方便实时控制炉体1、石英管2竖向各处的温度处于合适的范围以满足工艺要求,炉体1底部设有第二控温热偶18,第二控温热偶18延伸至石英管2底部,方便实时控制石英管2底部的温度处于合适的范围以满足工艺要求。[0035] 进一步地,本实施例中,石英管2下端为倒锥形结构并配设有石英挡板22,石英挡板22上开设有蒸发口23,该结构可以减少石英管2下端汞液的蒸发面积,同时针对不同的产品可以通过控制蒸发口23的大小来控制蒸发面积,进而达到调节热处理装置内部蒸汽浓度的目的,结构简单、调节方便。[0036] 本发明适用于碲镉汞材料的热处理装置的使用方法如下:[0037] 首先打开炉盖11,将拉杆12拉出到过渡室4上方,以便进行装料。然后将装有碲镉汞母片7的石墨舟架21通过插销等安装在拉杆12下端,接着移动拉杆12向下,使得石墨舟架21处于石英管2内工艺位置。关闭炉盖11,通过抽真空接头42对石英管2和金属管3进行抽真空使得压强小于3Pa;关闭真空泵,通过第二进气接头32向石英管2和金属管3内部充入高纯度H2,使得热处理装置内部压力维持在6个大气压力左右,随后对炉体1进行加热至指定工艺温度,然后进行保温处理。工艺结束后,将石墨舟架21提升到过渡室4内进行冷却,关闭控制阀41并停止加热,冷却空气从炉体1侧面的第三进气接头13进入,通过均气板15后均匀地沿着金属管3的外壁吹入炉体1内部,与内部高温部件充分接触换热后从炉体1底部的第三出气接头14流出,达到炉体1快速降温的效果。[0038] 当石墨舟架21在过渡室4进行冷却前,需要对过渡室4进行真空抽充处理,避免降温过程过渡室4内部残余的汞蒸汽因为温度降低而凝聚在产品上,导致产品损坏。而为了实现产品快速降温,可以通过第一进气接头43往过渡室4内输入高纯度N2,换热之后从第一出气接头44流出,从而快速带走产品内部的热量,最后打开炉盖11,将拉杆12上的石墨舟架21取下,完成碲镉汞母片7在富汞环境下的退火处理过程。[0039] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围的情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应落在本发明技术方案保护的范围内。
专利地区:湖南
专利申请日期:2021-11-01
专利公开日期:2024-09-03
专利公告号:CN113957540B