CN110671919B - 一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备，解决现有的金属氧化物陶瓷材料微波干燥设备微波功率不可控、功率密度不均匀的问题。本装置机架上设有谐振腔，谐振腔的底部前后两端相对设置有上料口和出料口，所述机架上还设有输送带，所述输送带由上料口向出料口从谐振腔的内部穿过，谐振腔通过波导管连接有微波功率源，所述波导管中段设有反射调节阀，反射调节阀的侧方设有功率吸收器。本发明微波功率可调，避免产品失水过快导致开裂，提高产品合格率和最终产品品质；改善了微波功率的均匀性，产品品质更加稳定；微波干燥过程中可以往谐振腔补充水蒸气，实现温干燥过程的湿度调节；采用机器人进出料自动化运行，使设备能并入流水线运行。
Description
技术领域
本发明属于人工生物材料制备装备领域，涉及一种干燥设备，尤其是一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备。
背景技术
人工骨头、牙齿等一类的人工生物材料一般为金属氧化物陶瓷材料，例如氧化锆、氧化铝。这类陶瓷材料的素坯材料制备过程中需要进行干燥脱水。目前市面上现有金属氧化物陶瓷材料干燥方法一般为使用烘箱烘干，此方法原理是通过热传导加热素坯，整体升温，从而加速水分蒸发。此方法虽然简易，但是水分蒸发是由外及里，使得干燥时间长，并且由于受热不均匀、水汽逃逸不顺畅，容易引起陶瓷材料的素坯块内部隐裂，干燥质量无法得到保障。而且常用的烘箱式干燥作业不容易实现流水线作业。
另外，行业中也有微波加热设备用于氧化锆素坯的干燥作业。其原理是使用微波使氧化锆素坯内部水分子受热、挥发、汽化，从而使得氧化锆素坯块干燥。但是现有的微波设备存在以下问题：1）微波功率不可调，导致起始功率太高，一般在200W以上；这使得工艺功率窗口阈值过高，失水速率过快、容易引起陶瓷素坯产品炸裂。2）作业区域的功率密度不均匀，致使在批量生产时，产品的质量稳定性差。3）无法做到工艺环境温湿度的协同调控，致使产品在干燥过程中依旧有微小裂痕产生。4）设备不能自动上下料、不能并入流水线式的生产线中。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的金属氧化物陶瓷材料微波干燥设备微波功率不可控、功率密度不均匀的问题，提供一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备。进一步的，本发明还解决了现有的微波设备温湿度无法协同调控的问题；并实现了设备的自动控制上下料，使设备可以并入流水线进行生产。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备，包括机架，其特征在于：所述机架上设有谐振腔，谐振腔的底部前后两端相对设置有上料口和出料口，所述机架上还设有输送带，所述输送带由上料口向出料口从谐振腔的内部穿过，谐振腔通过波导管连接有微波功率源，所述波导管中段设有反射调节阀，反射调节阀的侧方设有功率吸收器。本方案中，首先输送带的上料端上料，将物料沿输送方向依次排布在输送带上，送入谐振腔内。输送带可以采用步进电机控制，上料一段前进一段，直至沿输送带方向上料完成，载有物料的输送带全部进入谐振腔。启动微波功率源，利用反射调节阀的调节，部分微波经过反射调节阀反射进入功率吸收器被吸收，有效地控制设备满足0~100W范围内低功率的工艺要求。实现输出到谐振腔的微波功率可调，根据微波干燥的不同阶段调节反射调节阀的发射量，从而调节微波功率，既保证干燥效率，又能保证产品品质。输送带用步进电机控制，微波干燥过程中在谐振腔内带动物料持续往复运动，提高物料微波加热的均匀性。输送带出料端与上料端相反，输送带可以采用步进电机控制，出料一段前进一段，直至沿输送带所有物料出料完成。输送带材质采用聚四氟乙烯作为材质，此材质可在-70℃-260℃之间工作，防火阻燃，性能优异。
作为优选，所述反射调节阀为可转动的反射板，反射板转轴与波导管方向垂直，所述波导管设置反射调节阀处的一侧设有分支管，分支管连接功率吸收器，所述分支管与波导管方向垂直且分支管与反射板转轴方向垂直。反射调节阀通过转动角度来调整反射板与波导管的夹角，从而控制微波功率的通过和反射比。
作为优选，所述谐振腔为三角形，谐振腔前后方向的长度从上到下均匀增大，所述波导管从上向下连接谐振腔的顶面中心。三角形谐振腔，微波从顶部向下输入，使谐振腔底部功率密度更加均匀。
作为优选，所述波导管在反射调节阀和谐振腔之间依次设置有环形器、耦合器、三螺钉调节器。
作为优选，所述微波功率源设置在输送带下方的机架上，所述波导管为多次弯折的折管。
作为优选，所述机架上还设有蒸汽发生器，所述谐振腔的侧壁设有若干蒸汽输入孔，所述蒸汽发生器通过蒸汽输出管分别连接各蒸汽输入孔，所述谐振腔侧壁还设有为蒸汽发生器提供信号的温湿度探头。蒸汽发生器产生的水蒸气注入到谐振腔内部，从而维持腔体内部温度湿度，以满足干燥过程中、特别是初始阶段的失水率的渐变式控制要求，可以有效地降低被干燥的物料出现微裂、炸裂的概率，提高干燥质量和可靠性。注入蒸汽压力为0~0.4兆帕；水蒸气吸收微波能量后可以调控腔室内温度，可控温度范围为：25~100℃；湿度调控范围为10%~85%相对湿度。
作为优选，所述机架上还设有储水箱，所述储水箱通过循环水泵连接微波功率源再连接至蒸汽发生器，蒸汽发生器回连至储水箱形成循环。系统启动时，循环水泵工作，持续的把冷却水从储水箱吸出，并开始水循环，冷却水通过微波功率源进行水冷，再到达蒸汽发生器，最后返回水箱形成持续水循环，与此同时蒸汽发生器启动，系统通过从温湿度探头孔处安装的温湿度探头回传的数据控制加热循环的冷却水产生的水蒸汽，经过蒸汽发生器的蒸汽输出管注入到谐振腔内部。蒸汽输出管为高温硅胶软管。
作为优选，所述输送带通过步进电机控制。步进电机控制输送带分步上料、分步出料，还可以控制输送带在微波干燥过程中带动物料在谐振腔内持续往复运动。
作为优选，所述谐振腔的上料口和出料口分别设置有可开合的安全隔离板。
作为优选，所述输送带的上料端的前侧设有预备储物区，预备储物区和输送带的上料端之间设有上料机器人；所述输送带的出料端的后侧设有出料暂存区，所述输送带的出料端和出料暂存区之间设有出料机器人。上料机器人和出料机器人可以为水平关节机器人，可以根据程序设计抓取物料进行上料和出料，实现设备自动化，使本设备可以并入流水线运行。
本发明金属氧化物陶瓷材料微波干燥不同阶段的微波功率可调，避免产品失水过快导致开裂，提高产品合格率和最终产品品质；通过谐振腔的三角形结构设计和输送带往复运动设计，改善了微波功率的均匀性，产品品质更加稳定；微波干燥过程中可以往谐振腔补充水蒸气，实现温干燥过程的湿度调节；采用机器人进出料自动化运行，使设备能并入流水线运行。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明的一种正视结构示意图。
图2是本发明的一种侧视结构示意图。
图3是本发明的一种俯视结构示意图。
图4是本发明图2中 A处机构示意图。
图5是本发明图1中B处结构示意图。
图中：1、温湿度探头，2、谐振腔，3、蒸汽输入孔，4、蒸汽发生器，5、微波功率源，6、功率吸收器，7、循环水泵，8、储水箱，9、步进电机，10、人机界面，11、运行按钮，12、停止按钮，13、上下料按钮，14、急停开关，15、波导管，16、三螺钉调节器，17、耦合器，18、环形器，19、出料机器人，20、出料暂存区，21、带轮，22、出料端，23、输送带，24、上料端，25、上料机器人，26、预备储物区，27、反射调节阀，28、安全隔离板。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
实施例：一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备，如图1-3所示。本装置包括机架，机架上部设有谐振腔2，谐振腔2为等腰三角形空腔，谐振腔2前后方向的长度从上到下均匀增大，左右方向厚度各处均匀一致，波导管15从上向下连接谐振腔的顶点。谐振腔2的底部前后两端相对设置有上料口和出料口，所述机架上还设有输送带23，所述输送带由上料口向出料口从谐振腔2的内部穿过。输送带通过双向运行的步进电机9带动带轮21控制，带轮21在机架前后设置两个，一个为主动带轮，一个为从动带轮。如图5所示，谐振腔2的上料口和出料口分别设置有可开合的安全隔离板28。
如图2、5所示，输送带下方的机架内设有微波功率源5，微波功率源上方叠放有功率吸收器6。所述微波功率源通过多次折弯的折管式的波导管15连接谐振腔2的顶部。波导管15的竖直管处与功率吸收器6等高设置反射调节阀27，反射调节阀27为可转动的反射板，反射板转轴与波导管15方向垂直，所述波导管设置反射调节阀处的一侧设有分支管，分支管连接功率吸收器6，所述分支管与波导管方向垂直且分支管与反射板转轴方向垂直。如图2所示，波导管15竖直段在反射调节阀和谐振腔之间依次设置有环形器18、耦合器17、三螺钉调节器16。
如图1所示，输送带23下方的机架内还设有蒸汽发生器4，所述谐振腔2的侧壁设有若干蒸汽输入孔3，所述蒸汽发生器4通过蒸汽输出管分别连接各蒸汽输入孔，蒸汽输出管为高温硅胶软管。所述谐振腔侧壁还设有为蒸汽发生器提供信号的温湿度探头1。输送带23下方的机架内还设有储水箱8，所述储水箱通过循环水泵7连接微波功率源5再连接至蒸汽发生器4，蒸汽发生器4回连至储水箱8形成循环。
如图3所示，输送带23的上料端的前侧设有预备储物区26，预备储物区26和输送带的上料端24之间设有上料机器人25；所述输送带的出料端22的后侧设有出料暂存区20，所述输送带的出料端和出料暂存区之间设有出料机器人19。上料机器人25和出料机器人19均为水平关节机器人。
如图1所示，本装置机架一侧设有控制器，控制器面板上包括人机界面10，运行按钮11，停止按钮12，上下料按钮13，急停开关14。
工作时，采用上料机器人向输送带的上料端上料，将物料沿输送方向依次排布在输送带上，送入谐振腔内。输送带可以采用步进电机控制，上料一段前进一段，直至沿输送带方向上料完成，载有物料的输送带全部进入谐振腔。启动微波功率源，利用反射调节阀的调节，部分微波经过反射调节阀反射进入功率吸收器被吸收，有效地控制设备满足0~100W范围内低功率的工艺要求。输送带用步进电机控制，微波干燥过程中在谐振腔内带动物料持续往复运动，提高物料微波加热的均匀性。输送带出料端与上料端相反，输送带可以采用步进电机控制，采用出料机器人抓取出料，出料一段前进一段，直至沿输送带所有物料出料完成。微波功率源启动时，循环水泵同时启动，持续的把冷却水从储水箱吸出，并开始水循环，冷却水通过微波功率源进行水冷，再到达蒸汽发生器，最后返回水箱形成持续水循环，与此同时蒸汽发生器启动，系统通过从温湿度探头孔处安装的温湿度探头回传的数据控制加热循环的冷却水产生的水蒸汽，经过蒸汽发生器的蒸汽输出管注入到谐振腔内部，从而维持谐振腔的温度湿度，以满足干燥过程中、特别是初始阶段的失水率的渐变式控制要求，可以有效地降低被干燥的物料出现微裂、炸裂的概率，提高干燥质量和可靠性。注入蒸汽压力为0~0.4兆帕；水蒸气吸收微波能量后可以调控腔室内温度，可控温度范围为：25~100℃；湿度调控范围为10%~85%相对湿度。
Claims (6)
1.一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备，包括机架，其特征在于：所述机架上设有谐振腔，谐振腔的底部前后两端相对设置有上料口和出料口，所述机架上还设有输送带，所述输送带由上料口向出料口从谐振腔的内部穿过，谐振腔通过波导管连接有微波功率源，所述波导管中段设有反射调节阀，反射调节阀的侧方设有功率吸收器；
所述反射调节阀为可转动的反射板，反射板转轴与波导管方向垂直，所述波导管设置反射调节阀处的一侧设有分支管，分支管连接功率吸收器，所述分支管与波导管方向垂直且分支管与反射板转轴方向垂直；
所述谐振腔为三角形，谐振腔前后方向的长度从上到下均匀增大，所述波导管从上向下连接谐振腔的顶面中心；
所述机架上还设有蒸汽发生器，所述谐振腔的侧壁设有若干蒸汽输入孔，所述蒸汽发生器通过蒸汽输出管分别连接各蒸汽输入孔，所述谐振腔侧壁还设有为蒸汽发生器提供信号的温湿度探头；所述机架上还设有储水箱，所述储水箱通过循环水泵连接微波功率源再连接至蒸汽发生器，蒸汽发生器回连至储水箱形成循环。
2.根据权利要求1所述的一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备，其特征在于：所述波导管在反射调节阀和谐振腔之间依次设置有环形器、耦合器、三螺钉调节器。
3.根据权利要求1所述的一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备，其特征在于：所述微波功率源设置在输送带下方的机架上，所述波导管为多次弯折的折管。
4.根据权利要求1所述的一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备，其特征在于：所述输送带通过步进电机控制。
5.根据权利要求1或4所述的一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备，其特征在于：所述谐振腔的上料口和出料口分别设置有可开合的安全隔离板。
6.根据权利要求1或4所述的一种金属氧化物陶瓷材料的微波干燥设备，其特征在于：所述输送带的上料端的前侧设有预备储物区，预备储物区和输送带的上料端之间设有上料机器人；所述输送带的出料端的后侧设有出料暂存区，所述输送带的出料端和出料暂存区之间设有出料机器人。
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