DE2637311A1 - Verfahren zum sintern oder schmelzen keramischer oder feuerfester erzeugnisse - Google Patents

Verfahren zum sintern oder schmelzen keramischer oder feuerfester erzeugnisse

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DE2637311A1 DE19762637311 DE2637311A DE2637311A1 DE 2637311 A1 DE2637311 A1 DE 2637311A1 DE 19762637311 DE19762637311 DE 19762637311 DE 2637311 A DE2637311 A DE 2637311A DE 2637311 A1 DE2637311 A1 DE 2637311A1
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Description

PATENTANWÄLTE
DIPL-INe.DR.IUR. DIPL-IN1B. Ζ.Ό <J / <3 I \
VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE
45 Osnabrück , 18. August 1976
MOSERSTRASSE 2Ο/24· L/Ri
AUTOMATISME et TECHNIQUE
8, Rue du 8 Mai 1945
ARCUEIL (VaI de Marne) Frankreich DESMARQUEST ET C.E.C.
99 , Avenue Aristide-Briand
MONTROUGE (Hauts de Seine) Frankreich
Verfahren zum Sintern oder Schmelzen keramischer oder feuerfester Erzeugnisse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sintern oder Schmelzen keramischer oder feuerfester Erzeugnisse 9 insbesondere bei hoher Temperatur sinternder oder schmelzender und ggf, Zusätze enthaltender Erzeugnisse kleiner Abmessungen, bei dem die zu behandelnden Erzeugnisse nach einer Vorerhitzung auf eine bestimmte Temperatur der Wirkung eines elektrischen Wechselfeldas in Form eines ultrahochfraquanten Feldes ausgesetzt werden (DT-QS 24 51 253).
Die Durchführung eines solchen Verfahrens, bei dem die zu behandelnden Erzeugnisse durch die Wirkung des ultrahochfrequenten elektrischen Feldes auf Sinter- oder Schmelztemperatur
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gebracht werden, bereitet in einigen Fällen Schwierigkeiten, insbesondere wenn Erzeugnisse auf Sinter- bzw. Schmelztemperatur gebracht werden sollen, deren dielektrische Verluste besonders gering sind. Dies ist beispielsweise bei sehr reiner Kieselerde bzw. Siliciumdioxyd der Fall, bei dem die dielektrischen Verluste unterhalb 19000C außerordentlich gering sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art zu beseitigen und insbesondere die gewünschte Erhitzung solcher Erzeugnisse zu ermöglichen, deren dielektrische Verluste bei Temperaturen unterhalb der Sinter- bzw, Schmelztemperatur sehr gering sind»
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Stärke des ultrahochfrequenten elektrischen Feldes örtlich in der unmittelbaren Nähe eines Oberflächenbereichs des zu behandelnden Erzeugnisses erhöht wird, während dieser Oberflächenbereich des zu behandelnden Erzeugnisses vor Wärmeverlusten durch Strahlung geschützt und darüber hinaus der Wärmestrahlung eines erhitzten Körpers ausgesetzt wird,
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:
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ORIGINAL INSPECTiD
Fig» 1 ein erstes Anwendungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung und
Fig. 2 je eine Abwandlung des Anwendungsbeispiels nach
und 3 ·
Fig. 1. ,'-■■■ -
In Fig. 1 ist mit der Bezugszahl 1 ein Resonanz- bzw. Hohlraum bezeichnet, d.h. ein Wellenleiter, der an seinen beiden Enden von elektrisch leitenden Platten geschlossen ist, die mit den anderen Wänden des Wellenleiters in elektrischem Kontakt stehen.
Durch' eine in die obere Endplatte eingearbeitete öffnung wird in den Hohlraum ein Stab 2 aus sehr reiner Kieselerde bzw, Siliciumdioxyd eingeführt, dessen unteres Ende eine konische bzw. verjüngte Spitze darbietet. Durch eine in dia untere Endplatte eingearbeitete öffnung wird ein weiterer Stab 3 eingeführt, dessen oberes Ende eine Vertiefung in Form eines Kegels aufweist. Der zweite Stab 3 ist von einem Werkstoff gebildet, dessen dielektrische Verluste bereits bei Temperaturen verhältnismäßig hoch sind, die unterhalb der Schmelztemperatur des den Stab 2 bildenden Siliciumdioxyds liegen.
Es sei angenommen, daß der Resonanzraum 1 zunächst leer ist, . Durch bekannte^ Einrichtungen, die daher in der Zeichnung nicht dargestellt sind, wird im Inneren des Resonanzraums ein ultrahochfrequentes elektromagnetisches Feld erzeugt. Der Resonanz— raum ist beispielsweise in der Weise ausgebildet, daß die -elektrische Komponente des ultrahochfrequenten elektromagnetischen
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Feldes entlang der Achse Y-Y1 des.Resonanzraums konstant ist. Betrachtet man nun in der Nähe der Achse Y-Y1 zwei Punkte A und B, von· denen sich der Punkt A etwa in der Mitte des Abstandsmaßes zwischen der oberen und der unteren Endplatte befindet und der Punkt B in der Nähe der unteren Platte liegt, so besteht zwischen diesen beiden Punkten eine Potentialdifferenz V.„, Wenn d das Abstandsmaß zwischen den beiden Punkten A und B ist, so ist die Stärke der elektrischen Komponente des ultrahoch-* frequenten elektromagnetischen Feldes proportional zu AB ,
Es sei nun angenommen, daß durch die obere öffnung der Stab 2 aus sehr reiner Kieselerde eingeführt und soweit in den Hohlraum hineinbewegt wird, bis sich die konische Oberfläche seines Endes in der Nähe des Punktes A befindet. Die Einführung des Stabes 2 verändert aufgrund dessen sehr hoher dielektrischer ■ .. _ Festigkeit den vorherigen Zustand nicht wesentlich
und das elektrische Feld am Punkt A ist weiterhin proportional
γ
zu AB .
Es sei nun angenommen, daß durch die untere öffnung der Stab ein- und au? einen Abstand g. , parallel sur Achse Y-Y' gemessen, an den Stab 2 herangeführt wird. Der Stab 3 besteht beispielsweise aus einem Material wie Alumiumoxyd ggf, mit Zusätzen zur Erhöhung der dielektrischen Verluste bei Temperaturen, die sich deutlich unterhalb der Schmelztemperatur von Siliciumdioxyd befinden. Bei Einführung des Stabes 3 entspricht die Temperatur des Resonanzraums der Umgebungstemperatur,
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d.h. etwa 2O0C. Bei dieser Temperatur bietet der Stab 3 eine hohe dielektrische : Festigkeit dar, so daß durch seine Einführung zunächst der vorherrschende Zustand nicht verändert wird und die Stärke des elektrischen Feldes am Punkt A unverändert bleibt. Unter der Einwirkung des ultrahochfrequenten Feldes erhitzt sich jedoch der Stab 3 sehr viel schneller als der Stab 2, dessen dielektrische Verluste bei niedriger Temperatur unbedeutend sind und sehr langsam mit der Temperatur ansteigen. Am Ende einer bestimmten Zeit erreicht der Stab 3 und insbesondere sein dem Stab 2 zugewandtes Ende eine erhöhte Temperatur z.B. in der Größenordnung von 20000C,
Diese Temperaturerhöhung des Stabes 3 erhöht nicht nur in . beträchtlichem Maße die dielektrischen Verluste des den Stab 3 bildenden Werkstoffes, sondern erhöht auch sehr wesentlich die elektrische Leitfähigkeit des Materials, die bei niedriger Temperatur vernachlässigbar war. Aufgrund dieser Erhöhung der Leitfähigkeit kommt das Potential des Punktes B1 auf der Oberfläche des Endbereiches des Stabes 3 dem des Punktes B sehr nahe. Hieraus folgt, daß die Stärke des elektrischen Feldes im. Punkt A, die proportional zu AB war, proportional zu ν AB wird.
Wegen des sehr geringen Wertes von £. im Vergleich zu d führt dies zu einer sehr bedeutenden Erhöhung der Stärke des elektrischen Feldes im Punkt A.
Gleichlaufend mit dieser beträchtlichen Erhöhung der Stärke des elektrischen Feldes im Punkt A bewirkt die Erhitzung des
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Stäbes 3 als weitere Folge eine Erhitzung des mit einem sehr geringen. Abstand vom Stab 3 angeordneten Endbereichs des Stabes 2 durch vom Endbereich des Stabes 3 abgegebene direkte Wärmestrahlung.
Diese Erhitzung des Endbereichs des Stabes 2 durch Wärmestrahlung führt dort zu einer Erhöhung der dielektrischen Verluste der den. Stab 2 bildenden sehr reinen Kieselerde, was in Verbindung mit der Zunahme des elektrischen Feldes zur Folge hat, daß sich der Endbereich des Stabes 2 seinerseits zu erhitzen beginnt und sich immer schneller erhitzt, da seine dielektrischen Verluste mit der Temperatur ständig größer werden. Während dieser Erhitzung ist der zugespitzte Endbereich des Stabes 2 in Form eines Konus bzw» Kegels vor Warmestrahlungsverlusten durch den ihn. umgebenden erhitzten Endbereich des Stabes 3 geschützt.
Der sich immer schneller erhitzende Endbereich des Stabes 2 erreicht die Schmelztemperatur des Siliciumdioxyds, und in diesem Zeitpunkt kann der Stab 3 aus dem Hohlraum zurückgezogen werden. Trotz der hieraus resultierenden Abnahme der Stärke des elektrischen Faldes wird die Schmelzung des den Stab 2 bildenden Siliciumdioxyds weiter aufrechterhalten, da die Erhöhung der dielektrischen Verluste des Siliciumdioxyds die Abnahme des elektrischen Feldes ausgleicht. Von dem auf diese Weise geschmolzenen Ende des Stabes 2 löst sich ein geschmolzener Siliciumdioxydtropfen, der seinerseits einen Siliciumdioxydfaden nach sich zieht. Der Siliciumdioxydfaden kann auf eine
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Rolle aufgewickelt werden, während eine Vorschubvorrichtung den Stab 2 fortschreitend entlang der Achse Y-Y»vor^bewegt. Auf diese Weise wird nahezu die Gesamtheit des Stabes 2 in einen Siliciumdioxydfaden umgewandelt, dessen Durchmesser vor allem eine Punktion der Umfangsgeschwindigkeit der Aufwickelrolle für den Faden und der Vorschubgeschwindigkeit des Stabes 2 entlang der Achse Y-Y1 ist.
Die Fig. 2 veranschaulicht eine Abwandlung, des oben beschriebenen Verfahrensablaufs. Der Unterschied besteht darin, daß der Stab eine axiale Bolirung aufweist. Das Vorhandensein dieser Bohrung hat keinen wesentlichen Einfluß auf die Wirkung des Stabes 3 hinsichtlich der Zunahme des elektrischen Feldes am Endbereich des Stabes 2 und hinsichtlich der Erhitzung dieses Endbereichs durch Wärmestrahlung. Die Bohrung ermöglicht es jedoch, bei herbeigeführter Schmelzung des Endbereichs des Stabes 2 eine Stange 4 einzuführen, die von einem geeigneten Material, z,B, ebenfalls von sehr reiner Kieselerde, gebildet ist, Das mit dem in der Schmelze befindlichen Ende des Stabes 2 in Berührung gebrachte Ende der Stange 4 verschmilzt bzw* verschweißt sehr schnell mit diesem und durch eine Rücfcziehbewegung der Stange in Richtung des Pfeils F kann ein Siliciumdioxydfaden herausgezogen werden, der sodann in der bereits beschriebenen Weise aufgewickelt wird. Die Anordnung nach Fig. 2 ermöglicht es somit, den Stab 3 an seinem Platz zu belassen, da dessen Anwesenheit den Abziehvorgang nicht mehr behindert»
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Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist der Stab 2 von einem Ring 5 umgeben, der von einem Werkstoff gebildet ist, der die gleichen Werkstoffeigenschaften wie der Stab 3 aufweist. Die Verlängerungen des Ringes 5, die in Fig. 3 nicht dargestellt sind und der Abstützung des Ringes dienen, sind in der Weise angeordnet, daß sie außerhalb des Resonanzraums gehalten werden können, wie es auch im Falle der Fig. 1 und 2 für das untere Ende des Stabes 3 der Fall ist. Die Bedingungen hinsichtlich des elektrischen Feldes und der Wärmestrahlung, die unter Bezugnahme auf die Fig, I und 2 erläutert wurden, sind im Falle der Fig. 3 für den gesamten Oberflächenbereich des Stabes 2, der mit einem sehr kleinen Abstand zur Innenwand des Ringes 5 gehalten ist, gegeben. Dies ermöglicht es, eine bedeutende und wachsende Erhitzung dieses Oberflächenberexchs des Stabes 2 zu erreichen und auf diese Weise die Schmelztemperatur des Siliciuradioxyds herbeizuführen. Bei Ausübung eines ,Zuges in Richtung des Pfeils P1 auf das untere Ende des Stabes 2 wird sodann ein Siliciumdioxydfaden abgezogen, der auf eine Rolle aufgewickelt werden kann, wie es oben beschrieben wurde, ohne daß hierzu der Ring 5 entfernt werden müßte.
Auf diese Weise ermöglicht es das beschriebene Verfahren durch die dreifache Wirkung der örtlichen Erhöhung der Stärke des elektrischen Feldes, der mit einem sehr geringen Abstand ausgeübten Erhitzung durch Wärmestrahlung und des Schutzes vor Wärme-
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Verlusten durch Strahlung, allein durch die Wirkung eines ultrahochfrequenten elektromagnetischen Feldes Materialien., wie sehr reine Kieselerde bzw. Siliciumdioxyd, deren dielektrischen Verluste bei normaler Temperatur unbedeutend sind und sehr langsam mit der Temperatur anwachsen, auf sehr hohe Temperaturen zu bringen.
In den oben beschriebenen Anwendungsbeispielen des Verfahrens nach der Erfindung ist davon ausgegangen worden, daß der behandelte Werkstoff sehr reine Kieselerde bzw, Siliciumdioxyd ist. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auf sämtliche Materialien anwendbar ist, deren bei normaler Temperatur sehr geringe dielektriehe Verluste als Punktion der Temperatur ansteigen. Die Art des Gegenmateriäls, d.h. des Materials, das in den obigen Beispielen den Stab 3 bildet, wird als Punktion der Art des zu behandelnden Materials gewählt. Wie bereits erläutert wurde, ist es erforderlich, daß das Gegenmaterial in dem gesamten, unterhalb der gewünschten Behandlungsteniperatur liegenden Temperaturbereich größere dielektrische Verluste als die des zu behandelnden Materials darbietet. Außerdem soll das Gegenstück eine gewisse Haltbarkeit bzw* Festigkeit und Kohäsionskraft im Grenzbereich der im Verlauf der Behandlung erreichten Maximaltemperatur beibehalten.
Fernerhin sind die Formen, in denen das zu behandelnde Material und das Gegenmaterial vorgesehen sein können, nicht auf die in den drei beschriebenen Beispielen gewählten Formen beschränkt,
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da andere Formen vorstellbar sind, eofern nur die erforderlichen Bedingungen für eine örtliche Erhöhung der Stärke des elektrische Feldes, eine Erhitzung durch Wärmestrahlung und einen Schutz vor Wärraeverlusten gegeben sind.
Auch in allgemeiner Hinsicht ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen und zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, von denen ausgehend weitere
Ausführungsformen geschaffen werden können, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche; -■!>. Verfahren zum Sintern oder Schmelzen keramischer oder
    feuerfester Erzeugnisse, insbesondere bei hoher Temperatur sinternder oder schmelzender und ggf. Zusätze enthaltender Erzeugnisse kleiner Abmessungen, bei dem die zu behandelnden Erzeugnisse nach einer Vorerhitzung auf eine bestimmte Temperatur der Wirkung eines elektrischen Wechselfeldes in Form eines ultrahochfrequenten Feldes ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des ultrahochfrequenten elektrischen Feldes örtlich in der unmittelbaren Nähe eines Oberflächenbereichs des zu behandelnden Erzeugnisses erhöht wird, während dieser Oberflächenbereich des zu behandelnden Erzeugnisses vor Wärmeverlusten durch Strahlung geschützt und darüber hinaus der Wärmestrahlung eines erhitzten Körpers ausgesetzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Örtliche Erhöhung der Stärke des elektrischen Feldes, der Schutz vor Wärmeverlusten und die Erhitzung durch Wärmestrahlung dadurch erreicht werden, daß in einem sehr geringen Abstand' von der Oberfläche des zu behandelnden Erzeugnis© ein Gegenkörper aus einem Werkstoff, dessen dielektrische Verluste bei unterhalb der vorgesehenen Behandlungsendtemperatur liegenden Temperaturen höher als die des zu behandelnden Erzeugnisses sind, vorgesehen wird.
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  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Erzeugnis die Form eines Stabes mit kegeliger Spitze aufweist, während der Gegenkörper die Form eines Stabes besitzt, dessen Ende eine kegelige Vertiefung darbietet, und daß die Achsen der beiden Stäbe mit der Symmetrieachse des Resonanzraumes zusammenfallen und die kegeligen Endbereiche der beiden Stäbe in einem sehr kleinen Abstand voneinander angeordnet sind.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Gegenkörper bildende Stab mit einer axialen Bohrung
    versehen ist,
  5. 5. Verfahren nach Anspruch Z3 dadurch gekennzeichnet s daß der Gegenkörper die Form eines das zu behandelnde Erzeugnis umgebenden Ringes aufweist,
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DE19762637311 1975-08-27 1976-08-19 Verfahren zum sintern oder schmelzen keramischer oder feuerfester erzeugnisse Withdrawn DE2637311A1 (de)

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