專利名稱：一種連續微波燒結爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及微波燒結陶瓷技術，特別提供了一種可連續進行陶瓷燒結的微波加熱裝置。
陶瓷，以其優異的力學、化學和多種獨特的物理性能，成為現代材料工業的一個重要組成部分，廣泛應用于國民經濟和國防的各個領域。與常規燒結技術相比，微波燒結工藝能大幅度降低陶瓷的燒結溫度、縮短燒結時間、提高成品率、均勻細化陶瓷顯微組織、提高材料性能、降低能耗等優勢。九十年代中期非連續的微波燒結裝置已實現了商業化。但是由于已有的微波燒結裝置不能像常規窯爐一樣進行連續生產，再加上大功率微波加熱裝置的一次性投入較大，使得微波燒結裝置至今未能在工業生產中得到大規模的應用。
本實用新型的目的在于提供一種可以像常規窯爐一樣進行陶瓷的連續燒結的裝置，通過微波與常規電加熱技術的復合，使得整個裝置既能充分發揮微波燒結陶瓷的省時、節能等特點，又能提高對微波能量的利用率，降低整套裝置的成本，具有高效、低成本的特點，除適用于高性能陶瓷件的燒結外，還可用于陶瓷件的焊接、熱處理、高純超細陶瓷及金屬粉體的合成、催化劑的制備與活化、廢棄物的解毒再生、以及高分子材料的合成與改性。
本實用新型提供了一種連續微波燒結爐，其特征在于該微波燒結爐依次由常規電加熱窯爐預熱段(1)、微波加熱段(2)、常規電加熱控溫冷卻段(3)組成；在微波加熱段(2)窯爐爐體的底部接有一微波加熱腔(21)，微波加熱腔(21)中置有一水平旋轉垂直移動的傳動機構(22)，傳動機構(22)上置有托盤(23)；與微波加熱腔(21)相對應微波加熱段(2)窯爐爐體的上方設有一空腔，空腔內容納多模介質諧振器(24)；微波加熱腔(21)與常規電加熱窯爐爐體之間采用由耐高溫、導電、抗氧化材料制作的微波密封插門(4)。
本實用新型通過密封結構(3)將微波加熱腔(2)中的微波能量進行有效的密封，避免微波能量向常規加熱電窯中泄露。
常規電加熱窯爐預熱段(1)的作用是將待燒結的陶瓷件預先加熱，一方面可以降低整個燒結過程中對微波能量的需求，另一方面由于有一些陶瓷如氧化鋁、氧化鋯等在低溫條件下介電損耗較小，對微波的吸收性能差，微波難以對這些陶瓷進行快速加熱，采用常規電加熱將這類陶瓷預先加熱到其具有較好的微波吸收性能的溫度區間后再利用微波進行高溫快速燒結，有利于充分發揮微波燒結的優點。由于常規電加熱速度較慢，與微波加熱腔相連時，為了使兩個加熱系統在同一時間內具有相同的陶瓷處理能力可以采用兩條或多條常規電加熱窯爐與一個微波加熱腔體連接，也可以將常規加熱窯爐的爐體延長。
本實用新型中所述微波加熱段(2)系由微波饋能結構、微波多模諧振加熱腔(21)、微波介質多模諧振結構(24)以及使樣品旋轉移動的機構(22)組成。微波多模諧振加熱腔(21)是一個長方體的腔體，由無磁不銹鋼制成，饋能結構采用2*2微波天線饋能，為了提高陶瓷樣品加熱的均勻性，除采用介質多模諧振保溫結構(24)外，在陶瓷樣品燒結過程中使陶瓷樣品不斷旋轉，從而使樣品均勻加熱。
微波密封結構(4)采用壓板結構，位于微波加熱腔的上蓋板上，與常規加熱窯爐相連部分。其主要功能是將微波加熱腔中的微波封閉起來，避免微波向常規的電加熱窯爐中泄露，所用材料可以是耐熱不銹鋼、高溫合金、導電耐高溫陶瓷(如碳化硅、碳化鈦、鉻酸鑭)等。微波加熱腔(21)的上蓋板采用10-20毫米的耐熱不銹鋼制成，蓋板中心是一個比從常規窯爐到微波燒結腔之間樣品的傳送通道大的矩形孔，在上蓋的兩邊是兩個用于限位的軌道，密封板通過該軌道進行定向滑動。在限位軌道上有四個限位槽，當密封板沿軌道滑動時，固定在滑板兩端的四個軸承坐在軌道上的四個限位槽里，同時密封板向下壓在微波燒結腔的上蓋板上，從而實現電磁密封。
介質多模諧振保溫器(24)的工作原理是通過多層具有不同介電常數的介質材料組成一個封閉空間，當微波輻射進入該空間后，形成微波的全反射，從而將微波有效封閉在該空間中，達到提高燒結空間的電磁場的能量密度和被燒結件的均勻、快速升溫能力的目的。介質多模諧振保溫器使用三層介質材料套裝在一起。一般地，內層和外層的介電常數比中間層的介電常數大，同時所有材料的介電損耗應較小，以避免保溫材料過分吸收微波，影響陶瓷樣品的升溫。
樣品的傳動系統(22)包括樣品的升降和樣品的轉動機構。當陶瓷樣品傳輸到微波燒結腔上方時，升降機構將陶瓷樣品舉高至常規窯爐爐膛的頂部，位于頂部的夾鉗張開后，介質保溫筒落放在樣品的托盤上并將陶瓷樣品包在其中，為了保證樣品在下降順利進入微波燒結腔中，將樣品的托盤作成長方形，且長邊與在常規窯爐中傳動方向一致；當樣品套上保溫套后，在向微波燒結腔傳送之前，先旋轉90度，再向下放入微波燒結腔中，并將樣品放置在微波燒結腔中的旋轉機構的頂桿上。該頂桿是一個空心氧化鋁管，樣品升降的支桿從氧化鋁管中通過，且同心放置。
整個裝置的工作原理是陶瓷燒結件首先在常規電加熱窯爐(1)中按一定的速度逐漸向高溫區推進，燒結件在每一溫度區間停留的時間以被燒結件整體達到熱平衡為準，陶瓷樣品的傳動是通過后面一個放置陶瓷樣品的推板推動前面一個推板實現樣品的移動。當陶瓷件到達微波加熱腔的正上方時，打開電磁密封結構(4)，通過升降系統將樣品舉起至常規窯爐頂部，位于頂部的夾鉗松開，將介質保溫套放置在推板之上，通過轉動機構將被燒結件旋轉90度，然后下降將樣品放入微波加熱腔中，關上電磁密封門(4)后，啟動微波源并施加一定的微波功率，當被燒結件升溫到燒結溫度并保溫所需的時間后再關閉微波源并啟動電磁密封門(4)將被燒結件推出微波加熱腔，被燒結件先推至常規燒結窯爐的頂部，由頂部的夾鉗夾住介質保溫套后，將樣品旋轉90度并下降至與常規窯爐傳動軌道處于同一水平高度時，常規電窯預熱段中的樣品將從微波加熱腔中推出來的樣品推至常規窯爐中的冷卻段(3)中，按需要以一定的速度降溫(燒結件在腔體(3)中的傳動也是通過放置被燒結件的坩堝，由后一個坩堝推動前一個坩堝來實現。)降至室溫的樣品即為所需的燒結成品。
本實用新型具有下述特點
1．本裝置采用了一種耐高溫抗氧化導電陶瓷作為微波加熱腔與常規電加熱窯爐之間的電磁密封結構，實現了微波加熱腔與常規加熱腔的連接，避免了在接口處的微波泄露。
2．將微波加熱與常規加熱結合在一起，一方面可以降低陶瓷燒結過程中對微波能量的需求，另一方面可以解決在低溫段有些陶瓷吸波能力差，難以進行微波快速微波加熱的困難，同時還可以降低陶瓷件與環境之間的溫差，提高陶瓷件的成品率。
3．采用2*2會聚天線饋能，可以將微波能量相對集中在陶瓷樣品所在區域，提高樣品的升溫速度。
4．采用介質多模諧振器使微波加熱腔中的電磁場得到均勻分布，從而提高了陶瓷燒結件的成品率。
5．采用樣品的升降和轉動裝置實現樣品在常規電窯與微波加熱腔之間的傳動。
以下結合附圖通過實施例詳細敘述本實用新型。
附
圖1連續微波復合常規電加熱總體結構示意圖附圖2微波加熱腔結構示意圖附圖3微波饋能2*2天線結構示意圖附圖4微波介質諧振器結構橫截面示意圖實施例1如
圖1所示，該微波加熱裝置由常規電加熱窯爐預熱段(1)、多模微波加熱腔(2)、微波加熱腔與常規電加熱窯爐之間的微波密封結構(3)、常規電加熱控溫冷卻段(4)以及樣品傳動機構(5)組成。
具體地，對于工作頻率為2450MHZ微波，使用爐膛截面尺寸為(200-500)*(200-800)毫米的常規電加熱窯爐，整個裝置的尺寸如下常規預熱段長度為8-20米，窯爐的最高溫度為1300℃，微波加熱腔腔體的尺寸為(300-500)*(300-700)*(400-900)毫米，微波輻射天線放置在側壁的中心位置，介質多模諧振器采用硅酸鋁纖維做介質諧振器的外層，中間層為空氣，內層也是由硅酸鋁纖維制成，其外部尺寸為φ230*200毫米，壁厚為10-20毫米，內層尺寸為φ150*100毫米，壁厚為10-30毫米。門結構采用導電碳化硅制成，其尺寸為300*300毫米；從常規加熱窯爐到微波燒結腔之間傳輸陶瓷樣品的通道尺寸為250*200毫米。
實施例2對于工作頻率為915MHZ的微波，整個裝置的尺寸如下常規預熱段長度為8-20米，微波加熱腔腔體的尺寸為(400-1000)*(300-900)*(300-1000)毫米，微波輻射天線放置在側面的中心的位置，介質多模諧振器采用硅酸鋁纖維做介質諧振器的外層，中間層為空氣，內層也是硅酸鋁纖維，其外部尺寸為φ230*200毫米，壁厚為10-20毫米，內層尺寸為φ150*100毫米，壁厚為10-30毫米。門結構采用導電碳化硅制成，其尺寸為300*300毫米；從常規加熱窯爐到微波燒結腔之間傳輸陶瓷樣品的通道尺寸為250*200毫米。
實施例3其他如實施例1，電磁密封門采用耐熱不銹鋼制成，在密封門的上表面(與常規電窯相鄰的一面)鑲嵌一層厚度為10-40毫米的耐火保溫材料如氧化鋁、氧化鋯等。密封門的尺寸為(250-350)*(250-350)毫米。
實施例4其他如實施例1，介質多模諧振器的內層是由空心氧化鋁制成，內層尺寸為φ150*100毫米，壁厚為5-15毫米。
實施例5其他如實施例1，介質多模諧振器的內層為空心氧化鋯制成，中間層為氧化鈣，外層為氧化鋯纖維制成，其尺寸為外層φ230*200毫米，壁厚為10-20毫米，內層尺寸為φ120*100毫米，壁厚為5-10毫米，中間氧化鈣層厚度為15-50毫米。
權利要求1．一種連續微波燒結爐，其特征在于該微波燒結爐依次由常規電加熱窯爐預熱段(1)、微波加熱段(2)、常規電加熱控溫冷卻段(3)組成；在微波加熱段(2)窯爐爐體的底部接有一微波加熱腔(21)，微波加熱腔(21)中置有一水平旋轉垂直移動的傳動機構(22)，傳動機構(22)上置有托盤(23)；與微波加熱腔(21)相對應微波加熱段(2)窯爐爐體的上方設有一空腔，空腔內容納多模介質諧振器(24)；微波加熱腔(21)與常規電加熱窯爐爐體之間采用由耐高溫、導電、抗氧化材料制作的微波密封插門(4)。
2．按權利要求1所述連續微波燒結爐，其特征在于所述微波加熱腔(21)采用2*2微波天線。
3．按權利要求1所述連續微波燒結爐，其特征在于所述微波密封門(4)是由碳化硅、耐熱不銹鋼、碳化鈦、鉻酸鑭制成的。
4．按權利要求1所述連續微波燒結爐，其特征在于所述介質諧振器(24)是由三層介質材料構成，最內層和最外層所使用的的材料的介電常數比中間層所使用的介質材料的介電常數大。
5．按權利要求4所述連續微波燒結爐，其特征在于構成介質諧振器(24)介質材料必須是介電損耗低的材料，選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鈣、氧化釔之一種。
專利摘要一種連續微波燒結爐,由常規電加熱窯爐預熱段、微波加熱段、常規電加熱控溫冷卻段組成;在微波加熱段爐體底部接有一微波加熱腔,微波加熱腔中置有一水平旋轉垂直移動的傳動機構;與微波加熱腔相對應爐體的上方設有一空腔,空腔內容納多模介質諧振器;微波加熱腔與常規電加熱窯爐爐體之間采用微波密封插門。本實用新型能充分發揮微波燒結陶瓷的省時、節能等特點,又能提高對微波能量的利用率,降低整套裝置的成本,具有高效、低成本的特點。
文檔編號F27B5/04GK2460953SQ0025286
公開日2001年11月21日 申請日期2000年11月15日 優先權日2000年11月15日
發明者楊永進, 張勁松, 劉強, 曹小明, 沈學遜 申請人:中國科學院金屬研究所