Устройство для осаждения покрытий в псевдоожиженном слое


 


Владельцы патента RU 2533227:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") (RU)

Изобретение относится к области получения пироуглеродных и карбидных покрытий в псевдоожиженном слое (ПС) частиц полифракционного состава, изменяющегося в процессе осаждения покрытий, и может быть использовано в атомной и электронной технике. Устройство для осаждения покрытий в ПС содержит химический реактор и систему подачи в него ожижающего газа. Химический реактор выполнен в виде прямого параллелепипеда с закругленными ребрами и основанием в виде прямоугольника. Одна боковая грань реактора имеет форму квадрата, а другая боковая грань - форму прямоугольника, площадь которого равна площади основания. Соотношение между площадями боковых граней составляет 1:(1,8-2), а прямоугольные грани в местах пересечения диагоналей снабжены выпуклостями. Обеспечивается повышение стабильности совокупности частиц в химическом реакторе и, тем самым, предотвращается унос частиц, на которые наносится покрытие. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области получения пироуглеродных и карбидных покрытий в псевдоожиженном слое (ПС) частиц полифракционного состава, изменяющегося в процессе осаждения покрытий, и может быть использовано в атомной и электронной технике.

При получении покрытий в ПС основная трудность заключается в разрушении ПС по мере изменения масс частиц, их плотности и диаметра.

Стабильность псевдоожиженного слоя (отсутствие расслоения слоя по размерам и плотности частиц, отсутствие застойных зон и уноса мелкой фракции) обеспечивает равнотолщинность осаждаемых покрытий, а также однородность других характеристик (анизотропия, микроструктура) покрытий.

Стабильность ПС при изменении характеристик покрываемых частиц можно повысить, изменяя давление в зоне ПС. Известно устройство для осаждения покрытий, описанное в способе осаждения покрытий из карбида кремния, включающее узел регулирования давления в пределах 0,1-200 торр (заявка на патент Японии №03130366 А от 21.01.97, МПК С04В 38/00). Недостаток устройства заключается в том, что увеличение давления способно стабилизировать ПС только при увеличении массы частиц не выше, чем на 50%.

Известен аппарат для осаждения покрытий в ПС, включающий химический реактор цилиндрической формы, блок нагрева и систему подачи газов (патент США №3 399 969 А, С01В 31/00, 1968 г.).

Недостаток данного устройства заключается в малом значении диапазона изменения масс покрываемых частиц при условии сохранения стабильности ПС.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для осаждения покрытий в псевдоожиженном слое из углерода и карбидов, содержащее реактор цилиндрической формы и систему подачи газов и исходных частиц, причем внутренняя поверхность цилиндрического реактора выполнена с вертикальными пазами (патент РФ №2 274 498, МПК В05D 1/22 В05D 3/04, С23С 16/26, опубл. 20.04.2006).

Известное устройство обеспечивает повышенную устойчивость псевдосжиженного слоя при изменении его массы в 10 раз. Однако к недостаткам описанного устройства следует отнести отсутствие возможности обеспечить стабильную работу реактора при осаждении покрытий на частицы, отличающиеся по эквивалентному диаметру в 5 и более раз. Действительно, при оптимальной скорости ожижения крупных частиц мелкие частицы будут унесены из реактора.

В основу предлагаемого изобретения положена задача предотвращения уноса частиц, на которые наносятся покрытия.

Согласно изобретению, эта задача решается тем, что в устройстве для осаждения покрытий в псевдоожиженном слое, содержащем химический реактор и систему подачи сжижающего газа, химический реактор выполнен в виде прямого параллелепипеда с закругленными ребрами и основанием в виде прямоугольника, при этом одна боковая грань реактора имеет форму квадрата, а другая боковая грань - форму прямоугольника, площадь которого равна площади основания, соотношение между площадями боковых граней составляет 1: (1,8-2), а прямоугольные грани в местах пересечения диагоналей снабжены выпуклостями, например в виде купола диаметром и высотой, составляющими соответственно 0,2-0,3 и 0,1-0,2 стороны квадрата.

Предложенное устройство схематически показано на чертеже, где: 1 - большая грань в форме прямоугольника, 2 - меньшая грань в форме квадрата, 3 - выпуклости, 4 - вход сжижающего газа, 5 - переходник.

Устройство работает следующим образом. При небольшой скорости сжижающего газа частицы располагаются в переходнике 5, а далее с ростом скорости поднимаются в реактор, причем образуют не стандартный режим ожижения (вверх-вниз), а вращательное движение тороида («жгута», собирающего всю совокупность мелких и крупных частиц).

Предложенное устройство обеспечивает устойчивость режима ожижения для частиц с размерами, отличающимися в 2-3 раза, и совокупностей масс частиц, отличающихся в 3-4 раза.

Конструктивными особенностями предложенного устройства являются:

- выполнение реактора в виде прямого параллелепипеда, что позволяет обеспечить плавное вращение тороида с частицами. Выполнение реактора в виде куба не позволяет обеспечить вращение частиц, выполнение реактора с отклонением площадей граней более 2,0 приводит к замедлению скорости вращения тороида (с 1 оборота/сек до 0,2-0,4 оборота/сек) с соответствующим расслоением тороида на мелкую и крупную фракции и уносом мелкой фракции;

- закругление на местах контакта граней радиусом 0,02-0,04 размера ребра квадратной грани позволяет устранить биение (перемещение по вертикальной оси) всего тороида;

- наличие выпуклостей на больших гранях обусловлено тем обстоятельством, что тороид при вращении не касается малых граней (расстояние между ними велико), но касается больших граней (расстояние между ними меньше). Экспериментально показано, что для совокупности микротвэлов (диаметр керна ядерного топлива - 0,2 мм, диаметр микротвэла с наружной оболочкой из пироуглерода - 0,5 мм) массой 150 г за время вращения 2 мин (характерное время осаждения покрытия из пироуглерода) уменьшение массы микротвэлов составило 0,4 г для реактора в виде параллелепипеда, истирание микротвэлов визуально наблюдается в виде черного пятна пироуглерода в месте пересечения диагоналей больших граней.

При наличии выпуклостей за 2 мин эксперимента черных пятен не обнаружено, а уменьшение массы навески составило менее 0,1 г (предела чувствительности весов). Следует добавить, что все эксперименты проводились в реакторах, выполненных из оргстекла при комнатной температуре с аргоном в качестве сжижающего газа. Добавим, что уменьшение размеров выпуклостей приводит к слабому истиранию частиц, а увеличение - к нарушению стабильности вращения тороида.

Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить стабильность совокупности частиц в химическом реакторе и, тем самым, предотвратить унос частиц, на которые наносятся покрытия.

1. Устройство для осаждения покрытий в псевдоожиженном слое, содержащее химический реактор и систему подачи в него ожижающего газа, отличающееся тем, что химический реактор выполнен в виде прямого параллелепипеда с закругленными ребрами и основанием в виде прямоугольника, при этом одна боковая грань реактора имеет форму квадрата, а другая боковая грань - форму прямоугольника, площадь которого равна площади основания, соотношение между площадями боковых граней составляет 1:(1,8-2), а прямоугольные грани в местах пересечения диагоналей снабжены выпуклостями.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выпуклости выполнены в виде купола диаметром и высотой, составляющими соответственно 0,2-0,3 и 0,1-0,2 стороны квадрата.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области получения графитовых материалов и может быть использовано в химической технологии, атомной и электронной технике. Осуществляют осаждение пироуглерода на топливные частицы путем подачи в зону осаждения смеси углеводорода и инертного газа в течение времени τ, увеличения суммарного расхода газовой смеси в 1,1-1,4 раза по сравнению с исходным значением.

Изобретение относится к области высоковольтной техники, к силовым полупроводниковым устройствам и, в частности, к способу и устройству для одностадийного двустороннего нанесения слоя покрытия из аморфного гидрогенизированного углерода на поверхность кремниевой пластины, а также к держателю подложки для поддержки кремниевой пластины.
Изобретение относится к производству углеродных материалов, а именно к технологии получения углеродных материалов осаждением из газовой фазы пироуглерода с трехмерно ориентированной структурой на углеродном изделии, и может быть использовано для восстановления фрикционного износа углеродных изделий.
Изобретение относится к композитному покрытию из металла и углеродных нанотрубок (CNT) и/или фуллерена на металлических лентах или заранее отштампованных металлических лентах, а также к способу получения металлической ленты.

Изобретение относится к установке и способу плазменной вакуумной обработки. .

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано для создания покрытий из наноалмазов, фуллеренов и углеродных нанотрубок, работающих в экстремальных условиях.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть применено для защиты изделий из органических материалов - таких как органические стекла, оптические линзы, солнечные преобразователи, концентраторы излучения.

Изобретение относится к уплотнению пористых субстратов пиролитическим углеродом способом химической инфильтрации с использованием установки для осуществления этого способа.

Изобретение относится к устройствам для производства углеродных нанотрубок. .
Изобретение относится к области получения графитовых материалов и может быть использовано в химической технологии, атомной и электронной технике. Осуществляют осаждение пироуглерода на топливные частицы путем подачи в зону осаждения смеси углеводорода и инертного газа в течение времени τ, увеличения суммарного расхода газовой смеси в 1,1-1,4 раза по сравнению с исходным значением.
Изобретение относится к области производства строительных материалов. .
Изобретение относится к химической технологии, в частности к способам нанесения покрытий на частицы сыпучих материалов, и может найти применение в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к нанесению покрытий в псевдоожиженном слое, в частности к устройству для осаждения покрытий в псевдоожиженном слое. .

Изобретение относится к производству длинномерных изделий типа проволоки, узких лент и др. .

Изобретение относится к установке для нанесения пленочных покрытий на дисперсные материалы и позволяет повысить эффективность нанесения пленок и очистки отработанного воздуха.

Изобретение относится к мезопористому композитному материалу "углерод на оксиде алюминия" C/Al2O3 для использования в качестве сорбента или носителя для катализатора. Данный материал характеризуется тем, что равномерный, непрерывный и плотный слой пиролитического углерода имеет толщину углеродного покрытия, близкую к монослойному покрытию, равную 0,4-0,5 нм, плотность осажденного углеродного покрытия, равную ρС=2.0-2.1 г/см3, удельную поверхность SБЭТ=90-200 м2/г, суммарный объем пор ΣVпор≤0,4 см3/г, средний размер пор DБЭТ≤10 нм, наиболее вероятный размер пор DBJH=5-7 нм при отсутствии микропор. Изобретение также относится к способу изготовления такого мезопористого композитного материала. Предлагаемый мезопористый композитный материал имеет высококачественное тонкое углеродное покрытие, которое полностью и раномерно покрывает внешнюю поверхность и стенки пор гранулированного γ-Al2O3. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 10 пр.
Наверх