Устройство для испарения материала Советский патент 1983 года по МПК C23C13/12 

1 Изобретение относится к натасенйю покрытий и может быть испопьэовано д попучения покрытий ипи овободных конце сатоБ в виде фопьг путем испаренТШ и вюнденсации материапа в вакуумво Физичесжие свойства ряда метаппов таковы, что при давпении в ваку адной камере ( Па), peo&jcoa№,;oivi ддя ведения процесса, у них отсутствует жац кая фаза и испарение приходится вести из твердой фазы, К таким метапдам относится, в частности, , Это во многи случаях ведет к засореншо кондансага частицами Неиспардашегеся I метаппа. окислами с поверхности испаряемого ме тапгш и ухудшению физико-механических свойств конденсата Дггя подучени51 качес венных: покрытий такой слатеркап расплав пяют под давлением, при котором существует жидкая фаза мета nnaf, подают его в жидком виде к испаритепьному элементу в вакуумном объеме и перевод в паровую фазу, попучая такик- образом качественный конденсат с корошньтц физико-механическигли свойствами. Известно устройство дпя испарения м метвта в вакууме, содержащее испаритель, трубопровод, питатель расппавпенно 1ХЭ металла, перекачивающей насос н рао положенный на oпpeдeлeнvюй высоте от вакуумной камеры дополнительный итатель с постоянным фовнем расппава 1 Недостатка -, указанного устройства являются наличие контакта расплавпенно-го металла и тигля с атмосферным воздухом и отсутствие возможности интенсивного охлаждения тигля по окончании рабочего цикла. Наиболее блкзким к предлагаемому по технической сущности является устройство для испарения матертпа, содержащее испаритель, питатель испарителя жидкие расплавом с тиглем, соединенным трубо проводом с испарителем, нагреватепь, распопоженный с наружной части тигтш, систему подачи инертного газа, соединенную с питатепем, и откачную сксте.,. му С2 1 Недостатком устройства является, -ait кая производительность, из-за отсутствия возможности интенсивного охлаждени резервуара с рапппавленным метапггом после окончания рабочего иикпа и oQtf единения Б оаном откачиааемом объеме испарительного устройства и устройства питания испарителя расппавпенныы ы&таллом. Это удлиня:ет межиикловый период и значитешьно снижает производитегьь ность устройства. Известное устройство 342 требует хорошей герметизации внутреннего объема устройства питания-с тем, чтобы подаваемый в него газ не проникал в вакууьдный объем устройства. При загрузке устройства новой пориией металла герметязация каждый раз нарушается. KpOfvie Torci. уплотнение работает при . температура расплавленного металла. Такого рода ;герметйзаиия трудоемка в эксплуатация и спожш в изготовлении. Раэг-Эрме гизадия и герметизация устройства ьдежду рабочгими циклами требует увеличения межии5 ловогч) времени и приводит к. даиькейа{ему снижению производитепькости ус трюйства Цепь изобретения повышение прои:эводйтепькости путем сокращения времени о;С1за,-кдения нагревателя. ПоставпенЕшя цель достигается тем, . что а устройстве для испарения материа- па, содержащем испаритель, питатель иопаритепя жишсш 1 расплавом с тиглем, соединенным трубопроводом с испарителем, н)греватепь, расположенным с наружной част к :гигля, систему подачи инертного газа,, соединенную с питателем, откачную систему, читатель выполнен в виде двух камер, герметично отделенных одна от друрэй,, и соединенных с откачной систеьлой, Е одной камере расположена „эыутрендап часть тигля, а в другой- его наружная часть. Внутренняя часть тигля снабжена теппоязопированной свободно лежащей крышкой« ,Выполнение питателя в виде двух камер, герметично отделенных одна от друг-ой, позволяет разделить пространство вокруг тигля на две зоны, изолированные одаа от другой и от вакуумной камеры. При этом вкамере наружной Ч|3,сти тигпя размещается нагреватель и гфк рабочем цикле здесь поддерживается вакуум, чго создает хорошие условия работе нагрг вателя и тигли и обеспечивает эффективное использование экранновакуумной/тепловой изоляции от водоохпал даеьлых стенок камеры. В режиме рхлаждения в эту зону подается инертный газ aproHj что создает возможность HHfcHCHBHOix конвективного охлаждения тиггш, значительно сокращая межиикловый период обслуживания устройства, что увеличаваег производительность устройства, При обычном обслуживании устройства (загрузке .металла, нагреве, рабочем иякпв:; охлаждении) камера в вкешней : стороной изолирована от воздуха. Отсутствие контакта с кислородом знач гепьно увепичивает допговечность на- греватепьных эпементов и гигпя, упрощает обспуживание устройства. В камере с внутренней cTopoia.i тиггш давпение инертного газа (аргона) поддерживается постоянно таким же что и в тигпе. Это позвошиет испопьзовать свободно лежащу на тигле теплоизолированную крышку, ко торая обеспечивает достаточную теплоизоляцию верхней крышки камеры от ТИР пя и ограничивает проникновение паров металла в камеру. Пары металла, например магния, проникающие через щель между теплоизолированной крышкой и верхним фланцем, конденсируются на внутренней поверхности водрохлаждаемой крышки камеры, откуда конденсат легко удаляется при обслуживании устройства. При загрузке тигля новой порцией метал ла тигля легко снимается, не требуется частотой смены уплотняющих элементов, что значительно облегчает И упрощает обслуживание устройства, ведет к повышению производительности На чертеже изображено устройство, поперечный разрез. Устройство содержит испаритель 1, расположенный в вакуумной камере 2 и соединенный прогреваемым трубопроводо 3 подачи жидкого металла 4 с воронкообразным тиглем 5, размещенным в пин тателе 6. Тигель размещается на диагфрагме 7, установленной вакуумппотно вокруг него и опирающейся на фланец питателя. Сверху тигель закрыт теплоиз лированной свободно лежащей крышкой 8 Диа4рагма делит питатель на две герме тичные камеры 9 и 10, котор.1е соедян нены через патрубки 11 и 12 с вакуумными насосами откач1юй системь (не показаны). С системой (не показана) по дачи инертного газа (аргона) камеры соединены через патрубки 13 и 14. Водо охлаждаемая крышка 15 питателя опирается на фланец диафрагк№1. В камере с внешней стороны тигля расположен сво--. бодно висящий на водоохлаждаемых опорах - токоподводах 16 нагреватель 17, охватывающий кругом тигель. Нагревательные элементы в виде планок 18, изготовленные из материала типа композит углерод-углерод, соединены в нижней части в кольцо 19 и собраны по схеме звезда. В предлагаемой конструкции нагревагелл переменный подвод мощности выполняется по высоте тигля. Максимал1 ная мощность подводится снизу. От водоохлаждаемого корпуса питателя нагреватель изопирован с помощью листов &кра но-вакуумной изоляции 2О. Устройство закреплено на вертикальной колонне 21 так, что крышка питателя с помощью механизма 22 может подниматься вверх и поворачиваться вокруг оси колонны, а нижняя часть питателя (днтде) с помощью устройства 23 может опускаться вниз и также поворачиваться, вокруг оси колонны Испаритель снабжен термопарой 24, измеряющей его температуру и включенной в систему регулирования расхода жидкого металла путем изменения давления аргона над расплавленным металлом в тигле, Устройство работает следующим образом. Через патрубки 11 и 12 производится вакуумирование камер 9 и 1О. Через щели между тиглем 5 и свободно лежащей кгышкой 8 при этом производится вакуумирование внутренней полости тигля 5. Затем в камеру 9, а следовательно, и в тигель 5 подается через патрубок 13 аргон до давления 25 мм рт.ст. Включается нагреватель 17 и производится расплавление металла 4. Затем включается нагрев трубопровода 3 и испарителя- 1. Когда все системы выведены на рабочий уровень температур, увеличивается давление аргона в камере 9 и тигле 5 и жидкий металл 4 подается в испаритель 1. В дальнейшем расход металла 4. регулируется давлением над расплавленным металлом 4 так, чтобы при постоинной мощности, подводимойк испарителю 1, обеспечить постоянство его температуры, которая измеряется термопарой 24. В течение . -всего времени разогрева металла 4 и -рабочего цикла иохарения в камере IQ, где расположен нагреватель 17, поддерживается вакуум. В этих условиях экранно-вакуумная изоляция 2О хорошо изолирует тигель 5 и и нагреватель 17 , от потерь тепла. После окончания цикла вь;кгтючается нагрев испарителя 1, трубопровод 3 и отключается нагреватель 17. После застывати металла 4 в трубопроводе 3 через патрубки 13 и 14 в камеры 9 и 10 подается аргон под давлением, близким к атмосферному. При таком давлении экранно-вакуукптя изоляция 2О не работает и начинается интенсивный теплообмен охлаждаемым корпусом питателя б и тиглем 5 в результате конвективного движения аргона. Легко Может быть использовано также принудительная циркуляция артюна с по . мощью встраиваемого вентилятора. После охлаждения тигпя 5 патруСюк 11

в камеру 9 подается атмосферный воздух крышка 15 поднимается и разворачивается на копонне 21 с помощью механизма 22. Снимается крышка 8 тигпя 5 очища ется от шпаков и аапопняется новой порцией металла. Внутренняя попость крышки 15 камеры 6 очищается от метаппа, пар которого проник .через щепи между крышкой 8 и тигпем 5 в рабочем цикле и сконденсировапся да холодной поверхности крышки 15. В течение всего времени нормальной эксплуатации устройства в объем камеры 10 не попадает атмосферный воздух, что значительно увеличивает срок службы нагреватепь а 1х элементов 18 и 19, При ремонтных работах, замене нагревательными элемен1Х)в и т.п. корпус камеры 1,О опускается с помошьюустройства 23 и разворачивается. : вокруг оси колонны 21, обеспечивая доступ к нагревателю 17, экранной шюляиии 20 и т.п. В случае выхода из стрюя тигля 5, его разрушения расплавленный металл 4 вытекает в вакуумный объем камеры 9, соприкасается с водоохлаждае-

мым корпусом и застывает. Отсутствие контакта расплавленногх металла 4, например магния, с атмосферным воздухом предотвращает возможность возникновения пожароопасной или другой ситуации, угрожающей безопасности людей.

Предлагаемое устройство позволяет повысить производительность на 25%, причем 2О% повышения производительности достигается путем сокращени; меж циклового периода и 5% в результате уменьшения времени при ремонтных и профилактических работах.

Время охлаждения тигля в базовом объекте составляет 6 ч, а в предполагаемом устройстве сокращается в 5 раз, поскольку охлаждение тигля происходит в среде,аргона при давлении,, близком к атмосферному, и оптимально созданных конвективных потоках. Повышается срок службы нагревательных элементовИ на|дежность работы устройства. Предлагаемое устройство позволяет применять графитовые нагреватели и повысить КПД устройства с 4О до 7О%.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПА РЕНИЯ МАТЕРИАЛА, содержащее испаритель, питатепь испарителя жиакга рао плавом с тигпет, соединенным трубопроводом с испарителем, нагрёватепь, раоположенный с наружной части тигля, сиотему подачи инертного газа, соединенную с питателем, К-откачную систему, о т л и ч- а ю зд е е с я тем, что, с целью повышения щэбизводительности путем сокращения времени охлаждения нагревателя, питатепь выполнен в виде двух камер, ге1Ж1етично отделенных одна от другой и соединенных с откачной системой, причем в одной камере расположена внутренняя часть тигля, а в другой - его наружная часть. 2. Устройство поп. отпичаго щ е е с я тем, что внутренняя часть т.игпя сиа&кейа тепло1взолированной сво(Л бодно лежащей крышкой. СП со 4