Устройство предварительного нагрева для печи инфильтрации и осаждения из газовой фазы, способ ввода газа-реагента в вышеназванную печь, фиксатор пористых структур и способ сборки фиксатора вместе с пористыми структурами

Устройство предварительного нагрева для печи инфильтрации и осаждения из газовой фазы, способ ввода газа-реагента в вышеназванную печь, фиксатор пористых структур и способ сборки фиксатора вместе с пористыми структурами

Реферат

 

Использование: изобретение относится к устройству для использования в процессах инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы. Сущность: в устройстве предварительного нагрева для печи инфильтрации и осаждения из газовой фазы направляющая конструкция размещена в печи и выполнена герметичной, а подогреватель также содержит герметичную канальную структуру, расположенную в печи и уплотненную с газовводом и впускным каналом направляющей конструкции. Способ ввода газа-реагента включает направление газа-реагента, вводимого из газоввода во впускной канал направляющей конструкции через указанную герметичную направляющую конструкцию с обеспечением поступления практически всего газа-реагента в герметичную направляющую конструкцию и прохождения через нее к выпускному каналу направляющей конструкции, фиксатор пористых структур для уплотнения внутри печи в процессе инфильтрации из газовой фазы имеет две пластины, базовую и верхнюю, распорную конструкцию, между пластинами размещен пакет пористых структур с кольцеобразной прокладкой между каждой парой соседних пористых структур, при этом базовая пластина, пакет и прокладка образуют закрытую полость, оканчивающуюся у верхней пластины. Изобретение особенно пригодно для одновременной технологической обработки посредством инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы большого числа авиационных тормозных дисков. 4 с. и 62 з.п. ф-лы, 24 ил.

Настоящее изобретение относится к устройству для использования в процессах инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы. Более конкретно настоящее изобретение относится к подогревателю газа-реагента внутри печи для инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы и к фиксатору для осаждения матрицы в пакете пористых структур с помощью процесса инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы при градиенте давления.

Уровень техники Инфильтрация газовой фазы химического вещества и химическое осаждение из газовой фазы является хорошо известным способом осаждения матрицы связующего материала в пористой структуре. Выражение "химическое осаждение из газовой фазы", как правило, относится к осаждению поверхностного покрытия, но это выражение также используют применительно к инфильтрации и осаждению матрицы связующего материала в пористой структуре. В этой заявке выражение "инфильтрация газовой фазы химического вещества и химическое осаждение из газовой фазы" относится к инфильтрации и осаждению матрицы связующего материала в пористой структуре. Эта технология особенно пригодна для получения высокотемпературных композиционных материалов путем осаждения углеродной или керамической матрицы в углеродной или керамической пористой структуре, позволяя получать в результате очень полезные структуры, например авиационные тормозные диски углерод/углерод и керамические компоненты камеры сгорания или турбины. Известные способы инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы могут быть разделены на четыре группы: изотермические, при температурном градиенте, при градиенте давления и при пульсирующем потоке. (См. работу В.В. Котленского, "Осаждение пиролитического углерода в пористых телах," 8 Chemistry and Physics of Carbon, 173, 190-203 (1973): В.Дж. Лаки, "Обзор, нынешнее состояние и будущее способа инфильтрации газовой фазы химического вещества для получения армированных волокном керамических композиционных материалов, " Ceram. Eng. Sci. Proc. 10[7-8] 577, 577-81 (1989) (В.Дж. Лаки ссылается на процесс при градиенте давления как на "изотермический принудительный поток"). В изотермическом способе инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы газ-реагент проходит в подогреваемую пористую структуру при абсолютных давлениях порядка нескольких тысячных долей миллиметров ртутного столба. Этот газ диффундирует в пористую структуру под действием градиентов концентрации и разлагается для осаждения матрицы связующего материала. Этот способ известен так же как "стандартный" способ инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы. Пористую структуру нагревают до более или менее равномерной температуры (в связи с этим возник термин "изотермический"), но фактически это не соответствует действительности. Некоторые отклонения температуры в пористой структуре являются неизбежными вследствие неравномерного нагрева (по существу неизбежного в большинстве печей (тепловых узлов)), охлаждения некоторых частей в связи с потоком газа-реагента и нагрева или охлаждения других частей в связи с теплотой эффектов реакции. По существу термин "изотермический" означает то, что отсутствует попытка создания температурного градиента, который бы предпочтительно воздействовал на осаждение матрицы связующего материала. Этот способ хорошо пригоден для одновременного уплотнения большого числа пористых изделий и особенно пригоден для изготовления тормозных дисков углерод/углерод. При соответствующих технологических условиях может быть осаждена матрица, обладающая требуемыми физическими свойствами. Однако стандартный способ инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы может потребовать недель непрерывного осаждения для достижения приемлемой плотности и поверхность склонна уплотняться в первую очередь, приводя к образованию "герметичного покрытия", которое препятствует дальнейшей инфильтрации газа-реагента во внутренние области пористой структуры. Таким образом, эта технология, как правило, требует нескольких операций механической обработки поверхности, которые нарушают непрерывность процесса уплотнения.

В способе инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы при температурном градиенте пористую структуру нагревают так, чтобы создавать большие температурные градиенты, которые стимулируют осаждение в требуемой части пористой структуры. Температурные градиенты могут быть получены путем нагрева только одной поверхности пористой структуры, например путем размещения поверхности пористой структуры против стенки токоприемника, и могут быть увеличены охлаждением противоположной поверхности, например, путем размещения противоположной поверхности пористой структуры против стенки, охлаждаемой жидкостью. Осаждение матрицы связующего материала развивается от горячей поверхности к холодной поверхности. Необходимость создания температурного градиента усложняет, удорожает и затрудняет осуществление одновременного уплотнения (увеличения плотности) большого числа пористых структур.

В способе инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы при градиенте давления газ-реагент принуждают проходить через пористую структуру путем создания градиента давления от одной поверхности пористой структуры к противоположной поверхности пористой структуры. Скорость потока газа-реагента значительно больше скорости газа-реагента в изотермическом способе и способе, осуществляемом при температурном градиенте, что приводит к увеличению скорости осаждения матрицы связующего материала. Этот способ известен так же как способ инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы с "принудительным потоком". До разработки такого способа инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы одновременное уплотнение большого числа пористых структур было сложным, дорогим и трудным для осуществления. Пример способа, в котором создают градиент давления в продольном направлении вдоль пучка однонаправленных волокон, описан в работе С. Камуры, Н. Таказе, С. Касуи и Е. Язуды, "Растрескивание углеродного волокна/углеродного композиционного материала, полученного химическим осаждением из газовой фазы, " Carbon '80 (German Ceramic Society) (1980). Пример способа, в котором для уплотнения кольцеобразной стенки создают градиент давления только в радиальном направлении, описан в патентах США NN 4212906 и 4134360. Кольцеобразная пористая стенка, описанная в этих патентах, может быть образована из большого числа собранных в пакет кольцеобразных дисков (для изготовления дисковых тормозов) или может быть унитарной трубчатой конструкцией. Для толстостенных конструкционных композиционных материалов чисто радиальный градиент давления создает очень большой градиент плотности, начиная от внутренней цилиндрической поверхности до наружной цилиндрической поверхности кольцеобразной пористой стенки. Поверхность, подвергаемая воздействию высокого давления, склонна также очень быстро уплотняться, приводя к ее герметизации, что препятствует прохождению газа-реагента в области низкой плотности. Такое поведение значительно ограничивает полезность способа, осуществляемого при чисто радиальном градиенте давления.

И наконец процесс инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы при пульсирующем потоке предусматривает быстрое и цикличное наполнение и откачку камеры, содержащей подогретую пористую структуру с газом-реагентом. Цикличное действие заставляет газ-реагент проникать в пористую структуру, а также удалять из пористой структуры побочные продукты разложения газа-реагента. Аппаратура для осуществления такого процесса сложна, дорога и неудобна в эксплуатации. Такой процесс очень трудно осуществлять для одновременного уплотнения большого числа пористых структур.

Многие разработчики в этой области техники комбинировали способ, осуществляемый при температурном градиенте, со способом, осуществляемым при градиенте давления, получая в результате способ, осуществляемый при температурном градиенте и при принудительном потоке. Комбинирование способов позволяет устранить недостатки, характерные для каждого отдельного способа, и дает в результате очень быстрое уплотнение пористых структур. Однако комбинирование способов увеличивает в два раза сложность, поскольку в этом случае должны быть обеспечены оборудование и технология, позволяющие создавать как температурный градиент, так и градиент давления с некоторой степенью регулирования. Способ уплотнения небольших дисков и труб, осуществляемый в соответствии с процессом при температурном градиенте и при принудительном потоке, описан в патенте США N 4580524 и в работе А.Дж. Капуто и В.Дж. Лаки, Получение армированных волокон керамических композиционных материалов путем инфильтрации газовой фазы химического вещества выполнено в OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY для U. S. DEPARTMENT OF ENERGY по контракту N DE-AD05-840R21400 (1984). В соответствии с эти способом волокнистую заготовку располагали в водоохлаждаемой рубашке. Верхнюю часть заготовки нагревали и заставляли газ проходить через заготовку к нагретой части, где он разлагался и осаждал матрицу. Способ осаждения матрицы в трубчатой пористой структуре описан в патенте США N4895108. В соответствии с этим способом наружная цилиндрическая поверхность нагревается, а внутренняя цилиндрическая поверхность охлаждается водяной рубашкой. Газ-реагент подавали к внутренней цилиндрической поверхности. Аналогичные способы, осуществляемые при принудительном потоке и при температурном градиенте, предназначенные для получения различных изделий, описаны Т. Ханом, Ц.В. Буркландом и Б. Бустамантом в работе "Уплотнение толстых дисковых заготовок матрицей карбида кремния путем инфильтрации газовой фазы химического вещества", Ceram. Eng. Sci. Proc. 12 [9- 10] pp. 2005-2014(1991); Т.М. Бесманом, P.А. Лоуденом, Д.П. Стинтоном и Т.Л. Старром в работе "Способ быстрой инфильтрации газовой фазы керамических композиционных материалов", Journal De Physique, Colloque C5, supplement au n'5, Tome 50 (1989); Т.Д. Гульденом, Дж.Л. Кеем и К.П. Нортоном в работе "Инфильтрация газовой фазы (при принудительном потоке и при температурном градиенте) керамических матричных композиционных материалов", Proc.- Electrochemical Society (1990), 90-12 (Proc. Int.Conf.Chem.Vap. Deposition, 11th, 1990) 546-52. В каждой из этих работ описаны процессы уплотнения за один раз только одного пористого изделия, которые непрактичны для одновременной технологической обработки большого числа изделий из композиционных материалов, например тормозных дисков углерод/углерод.

Несмотря на описанные преимущества существует потребность в устройстве для осуществления улучшенных способов инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы в массовом производстве. Предпочтительно, чтобы такое устройство давало возможность одновременного уплотнения большого числа (например, сотен) отдельных пористых структур в процессе инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы.

Сущность изобретения В соответствии с аспектом настоящего изобретения заявляется подогреватель газа, предназначенный для использования в печи для инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы, в который подается газ-реагент из газоввода, содержащий герметичную направляющую конструкцию, расположенную в печи и имеющую впускной и выпускной каналы; и герметичную канальную структуру, расположенную в печи, уплотненную с газовводом по впускному каналу так, чтобы по существу весь газ-реагент, поступающий из газоввода, направлялся в герметичную направляющую конструкцию и проходил через нее к выпускному каналу.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения заявляется способ ввода газа-реагента из газоввода в печь для инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы, предусматривающий подачу газа-реагента из газоввода в расположенный в печи подогреватель газа и направление газа-реагента, вводимого из газоввода во впускной канал направляющей конструкции подогревателя, через герметичную направляющую конструкцию и из выпускного канала.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения заявляется фиксатор для уплотнения пористых структур внутри печи в процессе инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы при градиенте давления, содержащий: пакет пористых структур, причем каждая из которых имеет сквозное отверстие; базовую пластину, выполненную с возможностью крепления внутри печи, имеющая сквозное отверстие; верхнюю пластину, отстоящую от базовой пластины и обращенную к ней; распорную конструкцию, расположенную между базовой пластиной и верхней пластинами и соединенную с ними, при этом пакет пористых структур расположен между базовой пластиной и верхней пластиной, а одна из пористых пластин смежна базовой пластине, а другая - смежна верхней пластине; и, по меньшей мере, одну кольцеобразную прокладку, расположенную в пакете пористых структур между каждой парой соседних пористых структур, причем кольцеобразные прокладки окружают отверстия соседних пористых структур; причем базовая пластина, пакет пористых структур и, по меньшей мере, одна кольцеобразная прокладка образовывают закрытую полость, проходящую из отверстия базовой пластины, включающую в себя отверстие каждой пористой структуры и заканчивающуюся вблизи верхней пластины.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения является способ сборки фиксатора вместе с пористыми структурами для их уплотнения в процессе инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы, причем каждая пористая структура имеет сквозное отверстие, предусматривающий: сборку множества пористых структур и кольцеобразных прокладок в пакет, причем каждую кольцеобразную прокладку располагают между каждой смежной парой пористых структур; установку пакета пористых структур между базовой пластиной и верхней пластиной, причем базовая пластина имеет сквозное отверстие, при этом базовая пластина, пакет пористых структур и, по меньшей мере, одна кольцеобразная прокладка образовывают закрытую полость, проходящую от отверстия базовой пластины, включающую в себя отверстие каждой пористой структуры и заканчивающуюся вблизи верхней пластины; установку распорной конструкции вокруг пакета пористых структур между базовой пластиной и верхней пластиной, причем распорная конструкция соединяется с базовой и верхней пластинами.

Перечень фигур чертежей Фиг. 1 - схематическое сечение печи для инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы, имеющей устройство, соответствующее аспекту настоящего изобретения.

Фиг. 2 - изометрическое изображение подогревателя, соответствующего аспекту настоящего изобретения.

Фиг. 3 - сечение по линии 3-3, показанной на фиг. 2.

Фиг. 4 - изометрическое изображение другого подогревателя, соответствующего аспекту настоящего изобретения.

Фиг. 5 - вид сверху на подогреватель, показанный на фиг. 4.

Фиг. 6 - сечение по линии 6-6, показанной на фиг. 5.

Фиг. 7 - часть вида сбоку на подогреватель, показанный на фиг. 4.

Фиг. 8 - подробное изображение смежной пары перфорированных пластин.

Фиг. 9 - фиксатор с пакетом пористых структур, соответствующий аспекту настоящего изобретения.

Фиг. 10 - сечение по линии 10-10, показанной на фиг. 9.

Фиг. 11 - сечение по линии 11-11, показанной на фиг. 10.

Фиг. 12A-15B - компоновка уплотнения, соответствующая аспектам настоящего изобретения.

Фиг. 16 - способ и устройство для регулирования высоты пакета.

Фиг. 17 - альтернативные способ и устройство для регулирования высоты пакета.

Фиг. 18 - способ и устройство для регулирования высоты распорной конструкции.

Фиг. 19A - иллюстрирует способ сборки фиксатора, соответствующего аспекту настоящего изобретения.

Фиг. 19B - иллюстрирует способ сборки фиксатора, соответствующего аспекту настоящего изобретения.

Фиг. 20 - альтернативный фиксатор с пористой структурой, соответствующий аспекту настоящего изобретения.

Фиг. 21 - альтернативный фиксатор с пористой структурой, соответствующий аспекту настоящего изобретения.

Фиг. 22 - альтернативный фиксатор с пористой структурой, соответствующий аспекту настоящего изобретения, имеющий чередующиеся уплотнения по внутреннему диаметру и по наружному диаметру.

Фиг. 23 - альтернативный фиксатор с пористой структурой, соответствующий аспекту настоящего изобретения, имеющий все уплотнения по внутреннему диаметру.

Фиг. 24 - плоская крышка, имеющая набор перфораций, для использования с подогревателем, соответствующим аспекту настоящего изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Настоящее изобретение и различные варианты его осуществления представлены на фиг. 1-2, где аналогичные элементы указаны аналогичными ссылочными номерами и сопроводительным описанием. Используемое в этой заявке выражение "стандартный процесс инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы" относится к описанному выше способу изотермической инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы. Выражение "процесс инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы при градиенте давления" относится к описанному выше способу инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы при градиенте давления или к способу, осуществляемому при принудительном потоке, и предназначен для замены описанных выше способов, осуществляемых при температурном градиенте и при температурном градиенте и при принудительном потоке до той степени, в которой в этих способах используют преднамеренно создаваемый температурный градиент, который оказывает влияние на процесс осаждения.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение печи 10 для инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы, имеющей подогреватель 50 газа, соответствующий аспекту настоящего изобретения. Печь 10 имеет кожух 13 печи, который определяет внутреннюю поверхность 12. Внутренняя поверхность 12 образует объем 14 печи. В печь 10 поступает газ-реагент из газоввода 16, как показано стрелкой 24. Подогреватель 50 расположен в печи 10 вместе с некоторым количеством пористых структур 22. Пористые структуры 22 поддерживаются фиксаторами (не показано), которые размещают пористые структуры с зазором в объеме печи. Приемлемые фиксаторы для уплотнения пористых структур с помощью стандартного процесса инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы очень хорошо известны в этой области техники, причем для использования с подогревателем 50 может быть использован любой из них. В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения фиксаторы могут быть специально приспособлены для уплотнения пористых структур 22 с помощью процесса инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы при градиенте давления, как будет более подробно описано со ссылкой на фиг. 9-24. Печь 10 может быть нагрета посредством индукционного нагрева, резистивного нагрева, СВЧ-нагрева или любым эквивалентным способом, известным в этой области техники. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления печь 10 имеет индукционный нагрев и содержит токоприемник 30, расположенный в печи 10. Токоприемник 30 предпочтительно содержит, как правило, цилиндрическую стенку 464 и основание 18. Первый индуктор 466, второй индуктор 468 и третий индуктор 470 окружают стенку 464 токоприемника. Между стенкой 464 токоприемника и индукторами 466, 468 и 470 расположен слой 31 изоляции. Токоприемник 30 имеет внутреннюю поверхность 86, которая ограничивает объем 88 реактора, находящийся в объеме 14 печи. Пористые структуры расположены в объеме 88 реактора и нагреваются главным образом излучением из токоприемника 30.

В подогреватель 50 подается газ и там повышается его температура перед вводом в остальной объем 88 реактора. Подогреватель 50 содержит герметичную направляющую конструкцию 58 и герметичную канальную структуру 52. Герметичная структура 58 имеет впускной 54 и выпускной 56 каналы. Герметичная канальная структура 52 уплотнена с газовводом 16 по впускному каналу 54 направляющей конструкции так, чтобы по существу весь газ-реагент, поступающий из газоввода, направлялся по герметичной направляющей конструкции 58 и проходил через нее к выпускному каналу 56, как показано стрелками 36. На практике подогреватель 50 может быть нагрет до температуры более 926,7^oC (1700^oF). При таких высоких температурах трудно сохранять хорошие уплотнения. Небольшая утечка допустима и ее трудно избежать. Выражение "по существу весь газ" предусматривает разрешение небольших утечек. По меньшей мере, 90% газа, а более предпочтительно 95% газа, проходит через направляющую конструкцию 58. Направляющая конструкция 58 может содержать набор стержней, трубок, перфорированных пластин или эквивалентную конструкцию для рассеивания потока и увеличения конвективной теплопередачи от направляющей конструкции 58 газу-реагенту.

После попадания в объем 88 реактора газ проходит вокруг и через пористые структуры 22 и выходит из объема 14 печи через выпускную трубу 32, как указано стрелкой 28. Газ проходит через пористые структуры 22 и осаждает матрицу связующего материала в каждой пористой структуре 22. Различные аспекты настоящего изобретения могут быть использованы для осаждения любого типа матрицы, осаждаемой с помощью инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы, включая, но без ограничения приведенными матрицами, углеродную или керамическую матрицу, осажденную в пористых структурах 22 на основе углерода или керамики. Настоящее изобретение особенно полезно для осаждения углеродной матрицы в пористой структуре на основе углерода и особенно для получения композиционных структур углерод/углерод, например авиационных тормозных дисков. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения плоская крышка 60 расположена поверх выпускного канала 56 направляющей конструкции и имеет, по меньшей мере, одно отверстие 64. Плоская крышка предпочтительно уплотнена по выпускному каналу 56 направляющей конструкции так, чтобы по существу весь газ из выпускного канала 56 направлялся через, по меньшей мере, одно отверстие 64.

На фиг. 2 показан подогреватель 500, соответствующий предпочтительному варианту выполнения подогревателя. Подогреватель 500 содержит герметичную канальную структуру 502 и герметичную направляющую конструкцию 508. Герметичная канальная структура 502 опирается на основание 18 токоприемника и содержит элементы 516, 518, 520, 522 и 524, которые образуют уплотненные соединения 526, 528, 530, 532 и 534. Уплотненные соединения 526, 528, 530, 532 и 534 могут содержать эластичные уплотнительные прокладки и/или отверждаемый жидкий адгезивный или уплотнительный материал. На фиг. 3 показано сечение подогревателя 500 по линии 3- 3, показанной на фиг. 2. Герметичная направляющая конструкция 508 предпочтительно опирается на герметичную канальную структуру 502. Элементы 516, 518, 520 и 522 могут быть предусмотрены с уступами, например с уступами 536 и 538, которые контактируют с направляющей конструкцией 508. Газоввод 16 может быть уплотнен с нижним элементом 524. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, герметичная направляющая конструкция 508 содержит разнесенные параллельные перфорированные пластины 540. Нижняя перфорированная пластина 540 содержит впускной канал 504 направляющей конструкции, а верхняя перфорированная пластина 540 содержит выпускной канал 506 направляющей конструкции. Каждая перфорированная пластина 540 имеет набор перфораций 542, причем набор перфораций 542 одной перфорированной пластины 540 не совмещен с набором перфораций 542 смежной перфорированной пластины 540. Направляющая конструкция 508 предпочтительно содержит матрицу собранных в пакет смежных перфорированных пластин 540, который определяет периметр 544 перфорированных пластин (показанный жирной черной линией). Первые эластичные уплотнительные прокладки 546 расположены по периметру 544 перфорированной пластины между каждой парой смежных перфорированных пластин 540 и служат для двух целей: для уплотнения перфорированных пластин 540 и для установления зазора между ними. Вторая эластичная уплотнительная прокладка 548 расположена между уступами 536 и 538 и герметичной направляющей конструкцией 508. Газ подается в подогреватель через газоввод 16, как указано стрелкой 24. Герметичная канальная структура 502 позволяет газу расширяться и рассеиваться, как показано стрелкой 550, и направляет газ во впускной канал 504 направляющей конструкции. По существу весь газ рассеивается через направляющую конструкцию 508 и выходит из выпускного канала 506, как показано стрелками 552. Как видно из фиг. 2, плоская крышка 510 может быть расположена поверх выпускного канала 508 направляющей конструкции и иметь, по меньшей мере, одно отверстие 514. Плоская крышка 510 предпочтительно уплотнена по выпускному каналу 508 так, чтобы по существу весь газ из выпускного канала 508 направлялся через, по меньшей мере, одно отверстие 514. Это может быть осуществлено удлинением герметичной канальной структуры на некоторое расстояние выше выпускного канала направляющей конструкции и размещением эластичной уплотнительной прокладки между плоской крышкой 510 и герметичной структурой 502.

На фиг. 4 показан подогреватель 100, который является предпочтительным вариантом выполнения подогревателя. Подогреватель 100 содержит герметичную канальную структуру 102 и герметичную направляющую конструкцию 108, расположенные в печи 10. В подогреватель 100 поступает газ из газоввода 16 (фиг. 1). В этом примере герметичная направляющая конструкция 108 содержит ряд разнесенных перфорированных пластин 128 и 129, включающих в себя нижнюю перфорированную пластину, содержащую впускной канал 104 направляющей конструкции, и верхнюю перфорированную пластину, содержащую выпускной канал 106 направляющей конструкции. Герметичная канальная структура 102 уплотнена с газовводом 16 (фиг. 1) по впускному каналу 104 направляющей конструкции так, чтобы по существу весь газ-реагент, поступающий из газоввода, направлялся в герметичную направляющую конструкцию 108 и проходил через нее в выпускной канал направляющей конструкции. Герметичная канальная структура 102 и герметичная направляющая конструкция 108 уплотнены друг с другом так, чтобы газ проходил через герметичную направляющую конструкцию 108 перед прохождением в остальной объем 88 реактора (фиг. 1). В представленном варианте выполнения герметичная канальная структура 102 уплотнена с основанием 18 токоприемника для предотвращения утечки газа из подогревателя 100 в объем 88 реактора без прохождения через герметичную направляющую конструкцию 108. По существу весь газ, вводимый в структуру 102 из газоввода 16, проходит в герметичную направляющую конструкцию 108.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения герметичная канальная структура 102 содержит, по меньшей мере, два элемента, которые образуют уплотненные соединения. Этими элементами подогревателя 100, показанного на фиг. 4, являются опорные элементы 119, 120 и 121, верхнее кольцо 122 и нижнее кольцо 123, которые вместе образуют несколько герметичных стыков 124, 125, 166, 168, 170, 172 и 174. Опорные элементы 119, 120 и 121 и нижнее кольцо 123 предпочтительно поддерживают герметичную направляющую конструкцию 108. Стыки 166, 168, 170, 172 и 174 предпочтительно уплотнены с помощью жидкого адгезива, который затем отверждают. Стыки 124 и 125 соединений между верхним кольцом 122 и нижним кольцом 123 и герметичной направляющей конструкцией 108 предпочтительно уплотнены с помощью эластичных уплотнительных прокладок 126 и 138, как показано на фиг. 6. Стыки 166 и 174 между верхним кольцом 122 и опорными элементами 119 и 121 предпочтительно уплотнены с помощью эластичной уплотнительной прокладки 176, как показано на фиг. 7. Стык 172 соединения между нижним кольцом 123 и опорным элементом 121 предпочтительно уплотнен с помощью эластичного уплотнения 178, как показано на фиг. 7 (аналогичная уплотнительная прокладка предусмотрена между нижним кольцом 123 и опорным элементом 119). Как показано на фиг. 6, уплотнение между герметичной канальной структурой 102 и основанием 18 токоприемника может осуществляться эластичной уплотнительной прокладкой 118, расположенной по периметру структуры 102 у основания 18 токоприемника. Конкретно уплотнительная прокладка 118 может быть расположена между нижним кольцом и основанием 18 токоприемника и между опорными элементами 119, 120 и 121 и основанием 18 токоприемника. Жидкий адгезив может быть использован для улучшения уплотнения. Эластичный материал податливой уплотнительной прокладки особенно пригоден, поскольку он поглощает деформацию, возникающую в результате теплового расширения различных элементов герметичной канальной структуры 102.

Как показано на фиг. 4, плоская крышка 110 предпочтительно прилегает к герметичной структуре 102 и расположена поверх выпускного канала 106 направляющей конструкции. Плоская крышка 110 предназначена для поддерживания фиксаторов пористых структур. Она выполнена с возможностью применения в процессе инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы при градиенте давления и имеет отверстия 114 и 116. На фиг. 24 показана альтернативная плоская крышка 152, имеющая набор перфораций 153 и выполненная с возможностью применения в стандартном процессе инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы, где требуется по существу равномерное рассеивание газа по объему 88 реактора. Подогреватель, соответствующий настоящему изобретению, может быть равным образом использован как со стандартным процессом инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы, так и с процессом инфильтрации газовой фазы химического вещества и химического осаждения из газовой фазы при градиенте давления. Фиксаторы, которые удерживают пористые структуры 22, предпочтительно опираются на плоские крышки 110 или 152. Как также показано на фиг. 4, плоская крышка 110 предпочтительно уплотнена с выпускным каналом 106 направляющей конструкции. Таким образом, по существу весь газ из выпускного канала 106 направляющей конструкции направляется в отверстия 114 и 116. Плоская крышка 110 может быть уплотнена с герметичной канальной структурой 102 путем размещения эластичной уплотнительной прокладки 111 в соединении между структурой 102 и плоской крышкой 110, как показано на фиг. 5 и фиг. 6. В этом случае структура 102 выступает над герметичной направляющей конструкцией 108.

Как следует из фиг. 4, герметичная направляющая конструкция 108 содержит, по меньшей мере, одну перфорированную пластину 128. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения предусмотрено некоторое количество пластин 128 и 129, параллельных и разнесенных относительно друг друга. В соответствии с более предпочтительным вариантом выполнения пластины 128 и 129 являются смежными и расположены в пакете, который определяет периметр 132 направляющей конструкции (показанный на фиг. 5 и фиг. 6 жирной линией). Каждая пластина 128 герметичной направляющей конструкции содержит набор перфораций 130, причем набор перфораций 130 одной перфорированной пластины 128 не совмещен с набором перфораций 131 смежной перфорированной пластины 129, как показано на фиг. 8. Каждая перфорация пластины 128 предпочтительно окружена четырьмя перфорациями смежной пластины 129 и находится от них на одном расстоянии. Аналогичным образом каждая перфорация пластины 129 предпочтительно окружена четырьмя перфорациями смежной пластины 128 и находится от них на одном расстоянии. Как также следует из фиг. 4, по периметру 132 направляющей конструкции выполнено уплотнение и он образован наружными плоскими поверхностями каждой перфорированной пластины 128 и 129. По периметру 132 направляющая конструкция предпочтительно уплотнена путем размещения эластичной уплотнительной прокладки 134 по периметру 132 между каждой парой смежных перфорированных пластин 128 и 129, как показано на фиг. 5-7. Эластичная уплотнительная прокладка 134 служит для двух целей: уплотнению по периметру 132 и созданию зазора между отдельными перфорированными пластинами 128 и 129. Как показано на фиг. 6, часть 109 герметичной направляющей конструкции 108 расположена в непосредственной близости к стенке 464 токоприемника. Такое расположение значительно облегчает теплопередачу излучением от стенки 464 токоприемника непосредственно перфорированным пластинам 128 и 129. Вдоль пластин 128 и 129 тепло передается благодаря теплопроводности, а газу - принудительной конвекцией.

Как показано на фиг. 4, 6 и 7, герметичная канальная структура 102 предпочтительно имеет уступ 136, на который опирается указанная герметичная направляющая конструкция 108. В представленном варианте выполнения опорные элементы 119, 120 и 121 образовывают уступ в сочетании с нижним кольцом 123. Эластичная уплотнительная прокладка 138 расположена между уступом 136 и герметичной направляющей конструкцией 108, обеспечивая в соответствии с этим уплотнение между герметичной направляющей конструкцией 108 и канальной структурой 102. Как следует из фиг. 6, могут быть предусмотрены стойки 140, которые дополнительно поддерживают герметичную направляющую конструкцию 108. Каждая стойка 140 содержит утолщенную часть 142, которая определяет опорную поверхность 144. Каждая стойка 140 имеет резьбовое отверстие 146 в части стойки, которая проходит выше герметичной направляющей конструкции 108. В каждое резьбовое отверстие может быть ввинчен рым-болт, к которому может быть прикреплено соответствующее грузозахватное приспособление для подъема и перемещения герметичной направляющей конструкции 108. Подогреватель 100 газа собран путем точной установки опорных элементов 119, 120 и 121 и нижнего кольца 123 на основание 18 с соответствующими уплотнениями, как было указано выше. Герметичную направляющую конструкцию 108 затем монтируют на стойках с соответствующими уплотнениями и затем опускают в печь 10 и в контакт с уступом 136. После этого устанавливают верхнее кольцо 122 с соответствующими уплотнит