CN203443322U - 一种微波烧结炉 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种微波烧结炉,包括:其内腔设置有保温层的炉体;对炉体的内腔进行微波加热的微波源,与炉体的内腔连通的真空泵和氩气泵。通过上述设置,在工作时,可通过真空泵将炉体内部抽至真空,然后通过氩气泵向真空的炉体内填充氩气,并开启微波源以对炉体的内部进行加热。由于微波是一种电磁波,具有波粒二象性,因此,利用微波能与材料的耦合,由材料的介电损耗和磁介损耗产生的内耗转变成热量直接加热材料本身的方式,将烧结材料加热到高温进行烧结,这种加热烧结方式不需要发热体,因此,热量损耗小。采用真空微波加热烧结方式,可进一步降低烧结温度,提高加热速度,且能使加热均匀,因此,极大的减少了能耗损失。

Description

一种微波烧结炉
技术领域
本实用新型涉及烧结技术领域,特别涉及一种微波烧结炉。
背景技术
烧结是将粉末或压坯在低于主要组分熔点温度下加热,使颗粒间产生连接转变为致密体,以提高制品性能的方法,是一个传统的工艺过程。人们很早就利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。一般来说,粉体经过成型后,通过烧结得到的致密体是一种多晶材料,其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布。因此,烧结是材料制备的一个关键环节,决定着制品的最终性能,应谨慎选择烧结方法,严格控制烧结过程,以期获得具有预期性能的制品。
目前,国内通常采用电阻式加热烧结炉,其包括炉体外壳、保温层、加热体和炉膛等。工作时,电流通过加热体时,由于加热体本身具有的电阻因此产生热量,利用加热体热量的辐射和传导,以加热炉膛内的被烧结固体材料。从热能工程角度来讲,这种被加热固体材料的热量,全部来源于加热体的热传递,被加热固体材料表面温度高于芯部温度,整个炉膛的温度必须达到设定温度,才有可能完全加热炉膛内所有的被烧结固体材料,而且,高温段的热传递主要靠辐射,如果被加热的固体材料比较多,会产生明显的阴影效应,造成温度场不均匀。这种传统的电阻式加热方式会有80%以上的能量损失在周围的环境中,是一种能耗非常大的加热方式。从材料力学的角度来讲,被烧结固体材料的加热速度取决于材料本身的导热性能,如果导热性能不好,如大部分陶瓷材料或疏松的分体材料,升温烧结的时间就需要很长,如果加热和冷却速度过快,会使被烧结固体材料收缩不均而形成内应力,从而造成材料的开裂。
通过上述描述可知,现有技术中的电阻式加热烧结炉加热能耗较大。
因此,如何提供一种新型的烧结炉,以减少能耗损失,是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种微波烧结炉,以减少能耗损失,从而降低了生产成本。
为解决上述技术问题,本实用新型提供如下技术方案:
一种微波烧结炉,其中,包括:
其内腔设置有保温层的炉体;
对所述炉体的内腔进行微波加热的微波源;
与所述炉体的内腔连通的真空泵和氩气泵。
优选地,上述的微波烧结炉中,所述炉体包括:
圆筒形的主体,所述保温层设置在所述主体的内腔;
与所述主体的一端固定连接的半球形的窑炉尾;
与所述主体的另一端可开闭连接的半球形的窑门;
用于盛放物料,且能够放入所述主体的内腔的窑车。
优选地,上述的微波烧结炉中,所述窑门与所述主体通过气动锁相连,且所述气动锁包括固定在所述窑门上的气缸,和与所述气缸的伸缩杆相连的连接件,所述连接件固定在所述主体上。
优选地,上述的微波烧结炉中,所述炉体的主体上开设有进气孔和出气孔,且所述进气孔和所述出气孔通过连接管道连通。
优选地,上述的微波烧结炉中,所述连接管道上依次设置有第一电控阀门、除尘器、冷凝除湿装置、风机和第二电控阀门。
优选地,上述的微波烧结炉中,所述微波源为多个,且每个所述微波源均通过一个过渡波导与所述炉体的主体相连。
优选地,上述的微波烧结炉中,所述炉体的主体通过三通管道与所述炉体的内腔连通,且所述三通管道的第一连接口与所述内腔连通,所述三通管道的第二连接口与所述真空泵连通,所述三通管道的第三连接口与所述氩气泵连通。
优选地,上述的微波烧结炉中,所述第二连接口与所述第一连接口之间设置有第三电控阀门和第一压力表,所述第三连接口与所述第一连接口之间设置有第四电控阀门和第二压力表。
优选地,上述的微波烧结炉中,还包括用于检测所述炉体的内腔温度的红外测温仪。
优选地,上述的微波烧结炉中,还包括用于支撑所述炉体的支撑底座。
本实用新型提供了一种微波烧结炉,包括:其内腔设置有保温层的炉体;对炉体的内腔进行微波加热的微波源,与炉体的内腔连通的真空泵和氩气泵。通过上述设置,在工作时,可通过真空泵将炉体内部抽至真空,然后通过氩气泵向真空的炉体内填充氩气,并开启微波源以对炉体的内部进行加热。由于微波是一种电磁波,具有波粒二象性,因此,利用微波能与材料的耦合,由材料的介电损耗和磁介损耗产生的内耗转变成热量直接加热材料本身的方式,将烧结材料加热到高温进行烧结,这种加热烧结方式不需要发热体,因此,热量损耗小。采用真空微波加热烧结方式,可进一步降低烧结温度,提高加热速度,且能使加热均匀,因此,极大的减少了能耗损失。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的微波烧结炉的结构示意图;
图2为图1中A-A方向的视图;
图3为图1中B-B方向的视图;
图4为本实用新型实施例提供的微波烧结炉的侧视图。
具体实施方式
本实用新型的核心是提供一种微波烧结炉,以减少能耗损失,从而降低了生产成本。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案,下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
请参考图1-图4所示,本实用新型实施例公开了一种微波烧结炉,包括:其内腔设置有保温层15的炉体;对炉体14的内腔进行微波加热的微波源9,与炉体14的内腔连通的真空泵11和氩气泵2。通过上述设置,在工作时,可通过真空泵2将炉体14内部抽至真空,然后通过氩气泵2向真空的炉体14内填充氩气,并开启微波源9以对炉体14的内部进行加热。
由于微波是一种电磁波,具有波粒二象性,因此,利用微波能与材料的耦合,由材料的介电损耗和磁介损耗产生的内耗转变成热量直接加热材料本身的方式,将烧结材料加热到高温进行烧结,这种加热烧结方式不需要发热体,因此,热量损耗小。采用真空微波加热烧结方式,可进一步降低烧结温度,提高加热速度,且能使加热均匀,因此,极大的减少了能耗损失。
具体实施例中提供的微波烧结炉的炉体14具体包括:主体(图中未标出)、窑炉尾(图中未标出)、窑门23和窑车16。其中,炉体14的主体为圆筒形,为主要加热部件,上述保温层15设置在主体的内腔中。优选地,保温层15的材料多为多晶莫来石纤维,镶嵌在炉体14的内壁上,水平横截面为圆形面,保温层15能够保持大部分热量集中在内部,以减少热量向炉体14的传递,本申请中的保温层15开设有方形孔,以供气体通过。
上述窑炉尾为半球形结构,以对微波进行反射聚焦,进一步提高微波加热的效率,具体地,将窑炉尾与炉体14焊接为一体。同理将微波烧结炉的窑门23也设置为半球体结构,以进一步对微波进行反射,保证炉体14的主体内温度稳定。
本申请中的窑门23与主体可开闭连接,当需要将物料放入到主体的内腔时,可打开窑门23;而需要对物料进行加热时,将窑门23与主体闭合,从而使炉体14密封。在实际中,对于窑门23与主体的连接方式可为多种,只要能实现窑门23与主体的封闭和打开即可。进一步地,该炉体14还包括用于盛放物料,且能够放入主体的内腔的窑车16,工作时,可通过将窑车16从内腔内取出,并放入物料,再将盛放有物料的窑车16放入主体的内腔。对于窑车16的形状和尺寸本申请并不做具体限定。
本申请提供了一种窑门23与主体的连接方式,具体为窑门23与主体通过气动锁相连。该气动锁具体包括:气缸底座28固定在窑门23上的气缸29,和与该气缸29的伸缩杆相连的连接件30,且该连接件30固定在主体上。在需要打开窑门23时,开启气缸29,以使气缸29的伸缩杆向外伸出,从而驱动窑门23向远离主体的一侧运动,从而打开窑门23;当需要闭合窑门23时,关闭气缸29,以使气缸29的伸缩杆向内回收,从而带动窑门23向靠近主体的一侧运动,最终实现窑门23与主体的闭合。具体地,在窑门23的周向布置有窑门圆环24,相应的在主体上设置有炉体圆环25,在窑门23关闭时,窑门圆环24与炉体圆环25贴合,以增大窑门23与主体的贴合面积,进一步提高密封性。本领域技术人员可以理解的是,还可将窑门23与主体通过丝杠螺母连接,具体地,将丝杠安装在窑门23上,并通过电机驱动,然后将螺母固定在主体上,通过丝杠与螺母的相对位置实现窑门23的开闭。
进一步的实施例中,在炉体14的主体上开设进气孔和出气孔,并将进气孔和出气孔通过连接管道连通。通过设置连通的气体孔和出气孔可适合某些被烧结固体材料在烧结过程中需要气氛保护的场合。当被烧结固体材料有烧结气氛要求时,可以通过进气孔和出气孔进行气体交换,以增大该微波烧结炉的适用范围。
为了保证从气体出气孔排出的气体洁净,在一具体实施例中提供连接管道上依次设置有第一电控阀门18、除尘器19、冷凝除湿装置20、风机21和第二电控阀门22。工作时,打开第一电控阀门18和第二电控阀门22并控制除尘器19和冷凝除湿装置20以及风机21,以使从出气孔排出的气体依次经过第一电控阀门18进入除尘器19,除去气体中混合的粉尘,然后进入冷凝除湿装置20,以除去气体中多余的水分,最后经过风机21的循环通过进气孔进入炉体14内腔。
更进一步的实施例中,将微波源9通过过渡波导8与炉体14的主体相连,且微波源9为多个并沿炉体14的主体的周向均匀布置,优选地,微波源9与过渡波导8一一对应布置。工作时,微波源9开启后开始发射微波,并通过过渡波导8的传播,进入炉体14内,炉体14内的温度随之升高,微波发射到物料上,物料的温度升高。优选地,将微波源9和过渡波导8沿炉体14的轴向左右对称布置有六套,以提高加热效率。工作时,微波从两侧同时向炉体14中馈入,上述过渡波导8的轴线垂直于炉体14的中心轴线,与水平轴线成45°角。
优选的实施例中,在炉体14的正上方开设有密集孔26,并将密集孔26与三通管道5连通的第一连接口连通,而三通管道5的第二连接口则通过法兰与真空泵11连接,第三连接孔与氩气泵2连接。在工作时,通过真空泵11将炉体14内抽至真空,然后通过氩气泵2将氩气充入炉体14内。
为了实现对真空泵11和氩气泵2的分别控制,在第二连接口与第一连接口之间设置第三电控阀门6和第一压力表10,当真空泵11需要对炉体14内抽真空时,可打开第三电控阀门6,并打开真空泵11使其开始工作,操作者可通过查看第一压力表10监测炉体14内压力,直至达到真空,关闭第三电控阀门6和真空泵11。同时,在第三连接口与第一连接口之间设置第四电控阀门4和第二压力表3,当需要对炉体14内填充氩气时,可打开第四电控阀门4和氩气泵2,以使氩气通过第一连接口进入炉体14内,操作者可通过查看第二压力表3监测炉体14内的压力,以防止压力过大或未达到压力要求,当达到压力要求时,可关闭第四电控阀门4和氩气泵2,使炉体14形成密封腔体。通过上述设置可节省资源同时提高装置的使用寿命。
为了进一步优化上述技术方案,本申请中提供的微波烧结炉还包括用于检测炉体14的内腔温度的红外测温仪12。在工作时,通过红外测温仪12可时刻检测炉体14内的温度,操作者通过红外测温仪12检测的结果可做出相应的调节。具体为,当红外测温仪12检测到的温度高于预设要求时,可关闭微波源9,以防止炉体14内温度过高,同时节省能源;当红外测温仪12检测到的温度低于预设要求时,可增大微波源9的发射系数,以使炉体14内到达预设温度要求。
具体地,上述红外测温仪12设置在炉体14的外部,且在保温层15和炉体14上均设置有红外测温仪12,以分别对炉体14和保温层15内部进行温度测量,可方便的检测到烧结炉的炉体14内的各部分的烧结温度,方便及时调整与控制烧结温度,提高了测量的准确性。安装时,将石英玻璃管13插入到红外测温仪12的测温孔内,并将石英玻璃管13通过铅锌合金焊接到炉体14的石英玻璃密封孔7处。
在一具体实施例中提供的微波烧结炉还包括用于支撑炉体14的支撑底座17,以调节地面与炉体14之间的距离,便于使用者使用。
具体的实施例中在炉体14上铣出三道沟槽,以用于对电磁屏蔽和密封。同时还包括用于对整个微波烧结炉进行控制的电控柜1。
本申请中公开的微波烧结炉的工作过程:起始状态第四电控阀门4、第一电控阀门18和第二电控阀门22闭合,第三电控阀门6打开,当盛放有物料的窑车16被送入炉体14后,启动开始按钮,窑门23在气缸29的作用下与炉体14贴合,即窑门23关闭。真空泵11开始工作,对炉体14进行抽真空工作。当炉体14内为真空环境后,闭合第三电控阀门6,打开第四电控阀门4,通过氩气泵2开始对炉内充入氩气,进行气体保护。待整个炉体14内全为氩气之后,第四电控阀门4闭合并开启第一电控阀门18和第二电控阀门22,同时开启除尘器19、冷凝除湿装置20、风机21和微波源9。当混有杂质的热空气经过除尘器19时,除尘器19对炉体14内的杂质进行吸收,保证炉体14内气体无粉尘等杂质。经风机21的循环作用,除去杂质的气体经过冷凝除湿装置20,冷凝除湿装置20对炉体14内产生的水雾进行吸收,保证炉体14内气氛干燥。经风机21循环,依次经过除尘器19、冷凝除湿装置20后的气体以一个低温的状态重新从炉体14底部的进气孔进入到炉体14内,经过保温层15的升温作用,保证炉内气体有一个合适的温度,防止气体温升梯度过大。与此同时,微波源9开启,开始发射微波,通过过渡波导8的传播,进入炉体14内,炉体14内的温度随之升高,微波发到物料上,物料的温度升高,红外测试仪12时刻检测着炉内的温度,被烧结烘干的物料吸收微波能,被自身材料与微波电磁场耦合效应产生的热能加热,炉内物料进行烘干烧结。当炉内物料温度降到300°后,窑门23打开,取出装有物料的窑车16,进行下一个周期。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种微波烧结炉,其特征在于,包括:
其内腔设置有保温层(15)的炉体(14);
对所述炉体(14)的内腔进行微波加热的微波源(9);
与所述炉体(14)的内腔连通的真空泵(11)和氩气泵(2)。
2.根据权利要求1所述的微波烧结炉,其特征在于,所述炉体(14)包括:
圆筒形的主体,所述保温层(15)设置在所述主体的内腔;
与所述主体的一端固定连接的半球形的窑炉尾;
与所述主体的另一端可开闭连接的半球形的窑门(23);
用于盛放物料,且能够放入所述主体的内腔的窑车(16)。
3.根据权利要求2所述的微波烧结炉,其特征在于,所述窑门(23)与所述主体通过气动锁相连,且所述气动锁包括固定在所述窑门(23)上的气缸(29),和与所述气缸(29)的伸缩杆相连的连接件(30),所述连接件(30)固定在所述主体上。
4.根据权利要求2所述的微波烧结炉,其特征在于,所述炉体(14)的主体上开设有进气孔和出气孔,且所述进气孔和所述出气孔通过连接管道连通。
5.根据权利要求4所述的微波烧结炉,其特征在于,所述连接管道上依次设置有第一电控阀门(18)、除尘器(19)、冷凝除湿装置(20)、风机(21)和第二电控阀门(22)。
6.根据权利要求2所述的微波烧结炉,其特征在于,所述微波源(9)为多个,且每个所述微波源(9)均通过一个过渡波导(8)与所述炉体(14)的主体相连。
7.根据权利要求2所述的微波烧结炉,其特征在于,所述炉体(14)的主体通过三通管道(5)与所述炉体(14)的内腔连通,且所述三通管道(5)的第一连接口与所述内腔连通,所述三通管道(5)的第二连接口与所述真空泵(11)连通,所述三通管道(5)的第三连接口与所述氩气泵(2)连通。
8.根据权利要求7所述的微波烧结炉,其特征在于,所述第二连接口与所述第一连接口之间设置有第三电控阀门(6)和第一压力表(10),所述第三连接口与所述第一连接口之间设置有第四电控阀门(4)和第二压力表(3)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的微波烧结炉,其特征在于,还包括用于检测所述炉体(14)的内腔温度的红外测温仪(12)。
10.根据权利要求8所述的微波烧结炉,其特征在于,还包括用于支撑所述炉体(14)的支撑底座(17)。
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