專利名稱：微波燒結爐和微波燒結方法
技術領域：
本發明涉及一種微波燒結爐以及一種微波燒結方法，用于通過微波加熱來燒結要被燒結的物體，例如陶瓷物體。
背景技術：
近年來，通過微波加熱燒結陶瓷的技術在不斷發展，并提出了各種方法。作為防止在利用微波加熱來燒結的物體中可能產生溫度梯度的技術，例如專利2654903中披露了一種利用微波對被燒結物體進行燒結的方法，其中物體在微波燒結爐中預熱，并在控制爐內部和被燒結物體表面的溫度差的同時利用微波進行燒結。
但是在另一方面，在被燒結的物體含有有機物質例如用于維持形狀的粘合劑時，有機物質的分解氣體會停留在物體周圍，因此物體就暴露在還原氣體氛圍中。結果，部分有機物質會保留為碳。但是通過在常溫引入脫脂氣體可以防止分解氣體的殘留。
但是，在常溫下向爐內引入脫脂氣體以利用微波加熱進行脫脂過程時，出現一個問題要被燒結的物體會開裂或變形，并且在最壞的情況下會斷裂。
發明內容
鑒于上述問題作出本發明，其目的在于提供一種微波燒結爐和微波燒結方法，其中要被燒結的物體不會因為脫脂過程而開裂或變形。
本發明對如何防止被燒結的物體在利用微波加熱脫脂的時侯開裂或變形進行了研究。結果發明人得出結論脫脂過程中的開裂或變形原因在于，在被燒結的物體中產生的有機物質例如粘合劑的分解氣體固著在物體表面，并且不會散開。具體的說，在要被燒結的物體中含有的水和有機粘合劑最容易通過微波加熱而被加熱，從而物體的內部溫度被提高至高的水平，而物體外圍區域的溫度仍保持為低溫。在常溫施加于物體的脫脂氣體進一步降低了要被燒結的物體的表面溫度，結果防止了有機物質的分解、氧化或散開，由此導致物體的開裂或變形。
經過進一步研究，為了防止這些不便之處，發明人發現，在脫脂氣體被提供給燒結物體之前對其進行加熱是有效的。基于這一認識，完成了本發明。
根據本發明的一個方面，提供一種微波燒結爐，包括裝有被燒結物體的爐體，用于產生微波并將其引入爐體內的部件，用于向爐體內提供脫脂氣體的部件，以及用于在脫脂氣體到達被燒結物體之前對其進行加熱的部件。
加熱部件可以是加熱器，用于將來自脫脂氣體源的脫脂氣體在其到達爐體之前進行加熱。該加熱部件優選包括用于測量在爐體內所裝物體溫度的部件，和用于根據溫度測量部件所測溫度控制加熱器并由此控制提供給物體的脫脂氣體的溫度的部件。以這種方式，可以根據爐體內的物體來改變脫脂氣體的溫度，從而可以將所提供的脫脂氣體的溫度始終保持在高于被燒結物體溫度的水平上，由此非常有效的防止物體溫度因為脫脂氣體而下降，并防止分解氣體固著。
或者加熱部件可以包括設置在爐體內由多孔材料制成并被微波加熱的加熱元件，從而脫脂氣體在穿過加熱元件之后提供給物體。
爐體優選包括在設置有被燒結物體的空間之外的至少雙層絕緣元件，最內部的絕緣元件具有與被燒結的物體一致或類似的微波吸收特性。結果，被燒結物體外部和內部之間的溫度差可以被降低，以獲得均勻的燒結。外側的絕緣元件優選具有較小的比熱。
根據本發明的另一個方面，提供一種微波燒結方法，用于利用微波加熱燒結物體，該方法包括如下步驟向物體提供脫脂氣體，同時利用微波加熱物體；停止提供脫脂氣體，通過對其進行微波加熱而燒結物體，其中脫脂步驟包括將脫脂氣體在提供給被燒結物體之前對其進行加熱的步驟。
在上述微波燒結方法中的脫脂步驟中，優選將多孔材料連同被燒結的物體利用微波加熱，將穿過多孔材料的脫脂氣體提供給物體。
附圖描述
圖1表示本發明實施方案的微波燒結爐一般結構的截面圖；圖2表示本發明另一實施方案的微波燒結爐的一般結構截面圖。
具體實施例方式
以下參考附圖具體的解釋本發明的實施方案。圖1是本發明實施方案的微波燒結爐的截面圖。微波燒結爐1包括不銹鋼的箱狀爐體2，設置在爐體2外的微波振蕩器3，用于將微波引導入爐體2內的波導4，用于攪動爐體2內的微波的微波攪動器5，用于向爐體2內提供脫脂氣體的脫脂氣體源8，以及用于在脫脂氣體通入爐體2內之前對其加熱的加熱器11。
在爐體2內設置兩個絕緣元件，包括外絕緣元件6和內絕緣元件7。內絕緣元件7限定的空間形成放置被燒結物體S的空間。內絕緣元件7由其微波吸收特性與物體S相一致或類似的材料制成，或者一般由與物體S相同的材料制成。另一方面，外絕緣元件6優選由具有較小比熱的材料例如陶瓷絨(ceramic wool)制成。
脫脂氣體源8連接至脫脂氣體導管9，通過該管將脫脂氣體通入爐體內。加熱器11設置在脫脂氣體導管9的剛好到達爐體2之前的部分周圍。用于排出脫脂氣體的脫脂氣體排放管10連接至爐體2的表面部分，該表面部分遠離其連接有脫脂氣體導管9的表面部分。外絕緣元件6和內絕緣元件7更靠近通入脫脂氣體的脫脂氣體引入側的部分分別形成有脫脂氣體引入孔6a、7a。脫脂氣體通過脫脂氣體引入孔6a、7a通入到設置了被燒結物體的空間內。另一方面，外絕緣元件6和內絕緣元件7中排出脫脂氣體的部分分別形成脫脂氣體排放孔6b、7b。已經參與了物體S的脫脂過程的脫脂氣體通過脫脂氣體排放孔6b、7b排入脫脂氣體排放管10。
加熱器11連接至加熱器電源12，利用加熱器電源12提供的能量產生熱。加熱器電源12的輸出由控制器14控制。在被燒結的物體S附近設置溫度測量儀器13，例如熱電偶或輻射高溫計。溫度測量儀器13的測量信號輸出至控制器14，根據測量信號值，控制加熱器電源12，由此控制由加熱器11加熱的脫脂氣體的溫度。
在如上所述構成的微波燒結爐1內，未顯示的爐蓋打開，物體S設置在爐體2內，然后關閉爐蓋開始該過程。
首先，進行脫脂步驟。在脫脂步驟中，微波振蕩器3產生的微波被通過波導4通入爐體2內。因此在被微波攪動器5攪動的同時，物體S被微波加熱并脫脂。在該過程中，脫脂氣體從脫脂氣體源8通過脫脂氣體導管9被引入爐體2內。
脫脂氣體在被加熱之后立刻在高溫下被引入到爐體2內，并且通過脫脂氣體引入孔6a、7a到達被燒結的物體S。物體S產生的有機材料例如粘合劑的分解氣體連同脫脂氣體通過脫脂氣體排放孔6b、7b排放到脫脂氣體排放管10。用于這個目的的脫脂氣體包括空氣、氧氣等會積極分解有機材料的氣體，或者具有攜帶分解產生的氣體功能的氮氣、氬氣等惰性氣體。
通過如上所述給物體S提供加熱器11加熱過的脫脂氣體，抑制了物體S的表面溫度降低，由此防止了對有機物質的分解、氧化或散開的抑制。
根據溫度測量儀器13的測量值，控制器14控制加熱器11對脫脂氣體的加熱，由此控制脫脂氣體的溫度。因此可以被根據物體S的溫度而有效控制提供給物體S的脫脂氣體的溫度。優選的是，提供給物體S的脫脂氣體的溫度其控制方式能夠確保物體S在脫脂過程中逐漸升溫。結果，可以完全防止對有機物質的分解、氧化或散開的抑制。
如上所述，鑒于可以防止對有機物質的分解、氧化或散開的抑制，在物體S中產生的分解氣體可以迅速散出物體S之外，由此防止物體S在脫脂過程中開裂或變形。
通過利用微波將爐體2的內部加熱至預定溫度，并在預定長的時間內將其保持在相同溫度下，來進行脫脂過程。脫脂過程完成之后，被燒結的物體S被轉移至燒結過程。在燒結過程中，停止脫脂氣體，提供微波振蕩器3的輸出。因此，在爐體2內的物體S的溫度被按照預定的速度提高，并在預定長的時間內將其保持在與物體S的材料相對應的水平上。結果，獲得所需的燒結元件。因為在爐體2內使用包括外絕緣元件6和內絕緣元件7的雙絕緣元件，并且內絕緣元件7是由具有和物體S相一致或類似的微波吸收性能的材料制成的，因此在燒結的時候，可以將物體S外部和內部之間的溫度差保持在小的水平上，因此可以進行均勻的燒結。
以下解釋本發明的另一個實施方案。圖2是表明本發明另一個實施方案的微波燒結爐的截面圖。微波燒結爐1′具有與圖1所示的微波燒結爐1類似的基本結構。因此，與圖1中同樣的部分別用同樣的附圖標記表示，并且不再進行解釋。
根據該實施方案，在上述實施方案中作為脫脂氣體加熱部件的加熱器11被加熱元件15所代替，該元件剛好設置在爐體2中放置被燒結物體的空間之前。加熱元件15由微波加熱的多孔材料構成。在該實施方案中，不需要加熱器電源12、溫度測量儀器13和控制器14。
在該實施方案的微波燒結爐1′內，基本通過如上述實施方案所述的脫脂過程和燒結過程來制造燒結元件。在脫脂過程中，如上面的實施方案所述，將微波振蕩器3產生的微波通過波導4引入爐體2內，用微波攪動器5攪動。此時，在將脫脂氣體從脫脂氣體源8通過脫脂氣體導管9引入到爐體2內的同時，利用微波加熱被燒結的物體S并脫脂。
通過爐體2內的脫脂氣體通過脫脂氣體引入孔6a到達加熱元件15。由于加熱元件被微波加熱，脫脂氣體就被加熱元件15加熱，如此加熱的脫脂氣體被提供給燒結的物體S。結果，可以基本完全防止對有機物質的分解、氧化或散開的抑制。
如上所述，鑒于可以防止對有機物質的分解、氧化或散開的抑制，在物體S中產生的分解氣體可以迅速的散出物體S之外，由此防止物體S在脫脂過程中開裂或變形。
脫脂過程完成之后，被燒結的物體S被轉移至燒結過程。嚴格地按照與上述實施方案同樣的程序進行燒結過程。具體的說，停止脫脂氣體，提供微波振蕩器3的輸出。因此，在爐體2內的物體S的溫度被按照預定的速度提高，并在預定長的時間內將其保持在與物體S的材料相對應的水平上。結果，獲得所需的燒結元件。
本發明不限于上述實施方案，可以做各種改進。盡管上面首先描述的實施方案其構成是根據要被燒結的物體的溫度來控制脫脂氣體溫度的，但是例如該控制機構也不是必須的。而且，在雙結構的內外絕緣元件中，不是始終需要采用具有與要被燒結的物體有一致或類似微波吸收特性的材料的內絕緣元件。
實施方案以下描述本發明的實施方案。
在將脫脂氣體引入的同時進行脫脂之后，按照表1所示的溫度燒結表1所示的各種材料和形狀的物體。在表1所示的第一至第八實施方案中，通過利用圖1或2所述的加熱部件加熱來提供脫脂氣體，同時在比較實施例1和2中在常溫下不經過加熱來引入脫脂氣體。對如此制造的燒結陶瓷材料進行任何缺陷的觀察，包括開裂和變形，并測量其密度。結果如表1所示。
表1
*1φ103×h130，穴間距1.27，穴厚度0.09*2包括形狀的表觀密度如表1所示，根據本發明的其中脫脂氣體被加熱的第一至第八實施方案，燒結元件沒有出現缺陷，例如開裂或變形，并充分固著。相反，在以常溫不經加熱引入脫脂氣體的第一和第二比較實施例中，燒結元件產生開裂。尤其是在第一比較實施例中，發生斷裂并且固著并不充分。這證實了通過根據本發明加熱脫脂氣體，可以制造沒有任何開裂或變形的完好燒結元件。
從以上描述中可以理解，根據本發明，在將脫脂氣體提供給要被燒結的物體之前利用加熱部件對其進行加熱。因此，將脫脂氣體在高溫下提供給物體，防止因為脫脂氣體而阻礙有機物質的分解、氧化或散開。因此在要被燒結的物體中產生的分解氣體迅速散到物體之外，由此防止燒結元件在脫脂過程中開裂或變形。
權利要求
1.一種微波燒結爐，包括含有要被燒結的物體的爐體；用于產生微波并將其引入所述爐體內的部件；用于向所述爐體內供應脫脂氣體的部件；以及用于在所述脫脂氣體到達所述要被燒結的物體之前對其進行加熱的部件。
2.如權利要求1所述的微波燒結爐，其中所述加熱部件包括加熱器，用于對來自所述脫脂氣體供應部件的脫脂氣體在其到達所述爐體之前進行加熱。
3.如權利要求2所述的微波燒結爐，還包括用于測量在所述爐體內含有的物體溫度的部件；以及通過根據所述溫度測量部件測量的溫度控制所述加熱器來控制提供給所述物體的脫脂氣體溫度的部件。
4.如權利要求1所述的微波燒結爐，其中所述加熱部件包括設置在所述爐體內的加熱元件，該元件由被微波加熱的多孔材料制成，所述脫脂氣體在經過所述加熱元件之后提供給所述物體。
5.如權利要求1所述的微波燒結爐，其中所述爐體包括在設置有要被燒結物體的空間之外的至少兩層絕緣元件，最內側的絕緣元件具有與要被燒結的物體一致或類似的微波吸收特性。
6.如權利要求2所述的微波燒結爐，其中所述爐體包括在設置有要被燒結物體的空間之外的至少兩層絕緣元件，最內側的絕緣元件具有與要被燒結的物體一致或類似的微波吸收特性。
7.如權利要求3所述的微波燒結爐，其中所述爐體包括在設置有要被燒結物體的空間之外的至少兩層絕緣元件，最內側的絕緣元件具有與要被燒結的物體一致或類似的微波吸收特性。
8.如權利要求4所述的微波燒結爐，其中所述爐體包括在設置了要被燒結物體的空間之外的至少兩層絕緣元件，最內側的絕緣元件具有與要被燒結的物體一致或類似的微波吸收特性。
9.一種利用微波加熱對物體進行燒結的微波燒結方法，該方法包括如下步驟向所述物體提供脫脂氣體，同時利用微波加熱該物體；以及停止所述脫脂氣體的供應，利用微波加熱所述物體對其進行燒結；其中所述脫脂步驟包括加熱所述脫脂氣體并將它提供給所述要被燒結的物體。
10.如權利要求9的微波燒結方法，其中所述脫脂步驟包括利用微波加熱多孔材料和所述要被燒結的物體，向所述物體提供穿過所述多孔材料的脫脂氣體。
全文摘要
本發明提供了一種微波燒結爐和微波燒結方法，其中要被燒結物體在脫脂過程中沒有開裂或變形。微波燒結爐(1)包括含有要被燒結的物體(S)的爐體(2)，用于產生微波并將其引入到爐體內的單元(3，4)，用于向爐體(2)內提供脫脂氣體的單元(8)，以及用于將脫脂氣體在其到達要被燒結的物體(S)之前進行加熱的單元(11)。
文檔編號B22F3/10GK1410735SQ0213191
公開日2003年4月16日 申請日期2002年9月5日 優先權日2001年9月5日
發明者佐藤元泰, 高山定次, 水野正敏, 奧村和平, 籠橋章, 西尾彰, 佐藤俊雄, 松尾裕之, 大滝浩通, 岸幸男 申請人:文部科學省核融合科學研究所, 岐阜縣, 株式會社電裝, 高砂工業株式會社, 株式會社日本砂拉泰克