CN2687594Y - 可控气氛微波高温加热炉 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于高温加热设备领域，主要涉及的是一种可以实现陶瓷及其复合材料高温加热及烧结的可控气氛微波高温加热炉。该微波加热炉与常规电加热炉相比具有升温速度快，功率需求低和节约能耗的特点。通过对磁控管的合理选择与布置，保护气氛输入方式的合理选择，加热炉体与炉门的特殊“波浪形”密封设计，微波外屏蔽机壳的添加及保温结构的特殊设计使该微波加热炉与其它的微波加热炉相比，具有加热均匀性好，抗微波泄漏，气氛保护彻底、成本低和适用范围广等优点。

Description

可控气氛微波高温加热炉
技术领域
本实用新型属于高温加热设备领域，主要涉及的是一种可以实现陶瓷及其复合材料高温加热和气氛烧结的微波加热炉。
背景技术
现在越来越多的新型无机材料的制备与分析测试都需要在很高的温度下才能完成，而且分析和测试的周期也要求越来越短。这就对实验室中加热设备的升温速度和可达到的最高温度等参数提出了越来越严格的要求。但对于目前工矿企业、科研院校实验室所使用的大部分普通高温加热炉，其最高升温速度大多在20oC/min以下，加热到1500oC至少需要3～4个小时；对于可以加热到1500oC以上的电加热炉，其功率也一般都在10KW以上。长的升温时间和大的功率消耗，不仅浪费电能，给供电设施造成很大负担，也给用户也带来了很多不便。对于此类高温电加热炉，一般需要采用硅钼棒作为发热元件，但是硅钼棒实际在氧化环境的高温下使用时容易发生氧化而降低了加热效果。某陶瓷生产厂家提供的数据表明：按每次加热温度为1650oC，连续使用时间为15小时来计算，平均每使用5～6次就需要更换一次硅钼棒。按每炉安装8根硅钼棒，每根价格为350元来计算，每更换一次炉硅钼棒的花销为2800元。可见普通电加热炉在使用过程中的维护成本比较高，并且硅钼棒的频繁更换也影响了生产效率。
发明内容
本实用新型的目的即由此产生，它不但提供了一种与常规电加热炉相比具有升温速度快，功率需求低等特点的微波高温加热炉，而且与其它的微波加热炉相比，该微波加热炉还具有自己独特的特点：在不使用大功率微波发生器、不添加模式搅拌器和旋转转台的基础上，通过对小功率微波磁控管的合理布置，不但大幅度地降低了成本，而且使微波场的均匀性也得到了进一步提高；保护气氛从烧结试件底部输入的方式不但提高了陶瓷及其复合材料气氛烧结的效果，同时也降低了在进行气氛烧结时对炉腔内真空度的要求；加热炉体与炉门特殊的“波浪形”密封方式及微波外屏蔽机壳的添加使微波泄漏量降到了安全标准(距离机壳外5cm处，不高于1mw/cm)以下；多层、盒状保温结构的特殊设计不但提高了保温的效果，还扩大了微波加热炉的适用范围。
为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：其是由微波外屏蔽机壳、微波发生器、加热炉体、与加热炉体相联接的炉门、红外测温装置、保温箱体和保护气氛供给装置组成的。加热炉体使用对微波有良好反射和屏蔽作用的不锈钢镜面板制作，加热炉体与炉门通过侧面的销轴连接，两者之间通过“波浪形”凹凸槽相配合，炉门和加热炉体的两层不锈钢板之间填充有发泡陶瓷隔热材料。微波发生器采用3个功率为800W，频率为2.45GHz的磁控管，分别安装在加热炉体的上、左、右三个腔壁上。由于5.8GHz的频率应用于薄型陶瓷坯体的微波烧结时显示出了巨大优势，所以其中一个2.45GHz的磁控管可以用5.8GHz的磁控管来代替，从而实现了双频加热。保温箱体采用了多层、盒状结构，保温层的材料使用的是多晶莫来石耐火纤维板。预加热体由SiC制作的圆环状套筒和Al2O3制作的套筒交叉叠加组成，其底板是具有良好透气性的多孔陶瓷体。由于在1000oC高温时微波在SiC中的穿透深度只有1mm，所以如果单独使用厚度为20mm的SiC的圆环状套筒就可以保证微波无法达到被加热试件，当SiC迅速升温后就可以通过常规热辐射的方式对试件进行快速加热。这就实现了一台加热炉同时具有常规加热和微波加热两种加热方式。气氛供给装置是由真空泵、储气罐和输气管组成，输气管穿过加热炉体和保温层的底部将保护气体透过多孔陶瓷体输入。
本实用新型结构设计合理，由于它采用微波加热的方法，所以其加热的速度与普通的电加热炉相比有了大幅的提高。其加热速度可达到每分钟70oC～90oC，最高温度可达1800oC以上，但是功率只有普通电炉的1/4～1/5。与其它微波加热炉相比，在达到较好的均匀加热效果的同时又可以不使用大功率(一般在5KW以上)的微波发生器。这样也不用安装用来保护磁控管的环行器和水负载等部件，从而大幅度地降低了成本。而且本实用新型在微波泄漏防护、加热效果和适用范围方面也有了不同程度的提高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
附图1为本实用新型的结构示意图。
附图2为加热炉腔体和炉门之间的“波浪形”密封方式的结构示意图。
附图3为保温结构的示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本实用新型主要由微波外屏蔽机壳、微波发生器(1)、加热炉体(3)、与加热炉体(3)相联接的炉门(12)、红外测温装置(5)，保温箱体(2)、和保护气氛供给装置等几部分组成。加热炉体(3)使用对微波有良好反射和屏蔽作用的不锈钢镜面板制作，加热腔内部尺寸为600×550×500mm，上面开有微波辐射窗口，测温窗口和气氛输入口。加热炉体(3)与炉门(12)通过侧面的销轴连接，炉门(12)关闭后两者之间通过“波浪形”凹凸槽相配合，凹凸槽的尺寸为：10-10-15-20-25mm，炉门(12)和加热炉体(3)的两层钢板之间填充有发泡陶瓷隔热材料。
如图1所示，微波发生器选用家用微波炉使用的功率为800W，频率为2.45GHz的磁控管，或工业上使用的5.8GHz小功率磁控管作为微波发生器。波导(11)通过辐射窗口分别与加热炉体(3)和微波发生器(1)联接，在加热炉体(3)的顶面、左右两个侧面上各安装一个磁控管。这三个磁控管可以选择同一种频率的磁控管也可以选择两种频率的磁控管配合使用实现双频加热。
如图1所示，气氛供给装置由真空泵(7)、储气罐(8)、输气管(9)及相关仪表和阀门组成。输气管(9)的材料要采用既对微波场不会产生干扰又耐高温的陶瓷材料，我们使用的是刚玉管。输气管(9)穿过加热炉体(3)和保温箱体(2)的底部延伸至多孔陶瓷体(18)的下方，这样既保证了保护气体从下至上充分的对试件起保护作用，也使气体在到达试件表面的时候已经被多孔陶瓷体(18)预热，防止了保护气体引起试件内外产生温差而导致开裂。
如图3所示，保温箱体(2)是由保温层(17)、保温埋粉(16)、SiC预加热体(13)、Al2O3圆环状套筒(14)、顶盖(15)和多孔陶瓷体(18)组成。该保温箱体采用多层结构，我们可以根据被加热试件的具体尺寸和加热温度来选择保温箱体的大小和层数。保温层(17)和(19)的材料我们使用的是多晶莫来石纤维板，保温埋粉(16)的材料采用的也是多晶莫来石纤维粉末，因为实验证明多晶莫来石纤维材料对微波能的吸收能力很小，很适合在微波加热中作保温和隔热材料。同时我们还可以选择对微波吸收能力不同的其它材料作保温埋粉，从而达到在保温箱体中分配微波能的目的。使用SiC和99Al2O3制作的圆环状套筒(13)和(14)交叉叠加组成了在微波加热低介电损耗陶瓷材料时的预加热体。因为在1000oC高温时微波在SiC中的穿透深度只有1mm，所以单独使用厚度为20mm的SiC的圆环状套筒(13)可以保证微波无法达到内部的被加热试件，而SiC升温后通过常规热辐射的方式对试件进行快速加热。在加热高介电损耗陶瓷材料的时候可以仅使用99Al2O3制作的圆环状套筒(14)，这样可以避免被加热试件与保温埋粉(16)相粘连。顶盖(15)和保温层(17)的上盖板上都开有Φ10mm的测温孔。

Claims (6)

1、一种可控气氛微波高温加热炉，包括微波发生器(1)、加热炉体(3)、与加热炉体(3)相联接的炉门(12)和红外测温装置(5)，加热炉体内部放置有保温箱体(2)，其特征在于：增加了微波外屏蔽机壳和保护气氛供给装置。
2、如权利要求1所述的可控气氛微波高温加热炉，其特征在于：所述的加热炉体(3)与炉门(12)通过侧面的销轴连接，而且炉门(12)关闭后，两者之间通过“波浪形”的凹凸槽相配合。
3、如权利要求1所述的可控气氛微波高温加热炉，其特征在于：所述的微波发生器采用3～4个输出功率为800W～1000W，频率为2.45GHz或5.8GHz的磁控管，分别安装在除加热炉体(3)底面和炉门(12)外其余的侧壁上，两种频率的磁控管可以单独或混合使用。
4、如权利要求1所述的可控气氛微波高温加热炉，其特征在于：所述的保温箱体(2)采用了多层、盒状结构，保温层(17)、(19)和埋粉(16)的材料都使用多晶莫来石耐火纤维；预加热体使用由SiC制作的圆环状套筒(13)和Al2O3制作的圆环状套筒(14)交叉叠加组成，其底板是具有较好透气性的多孔陶瓷体(18)。
5、如权利要求1所述的可控气氛微波高温加热炉，其特征在于：所述的气氛供给装置中的输气管(9)穿过加热炉体(3)和保温层(2)的底部将保护气体透过多孔陶瓷体(18)而输入。
6、如权利要求1所述的可控气氛微波高温加热炉，其特征在于：加热炉体(3)和炉门(11)的两层不锈钢钢板之间填充有发泡陶瓷隔热材料。
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