DE4324635A1 - Apparatus for sintering ceramic bodies by means of microwaves - Google Patents

Apparatus for sintering ceramic bodies by means of microwaves

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Abstract

The invention relates to an apparatus for sintering ceramic bodies by heating them by means of microwaves. For economical industrial production, an apparatus for continuous operation is proposed which has at least one fixed sintering table (1) on which bodies (3) to be sintered can be placed. A microwave tunnel (4), supported on a bearer (8) and driven by a drive device (9), can be moved free of vibration across the sintering table. In a preferred configuration, bodies (3) to be sintered are located in microwave-transparent and heat-insulating cassettes (2) which are placed on the sintering table (1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Sin­ terung keramischer Körper mittels Mikrowellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for sin Ceramic bodies by means of microwaves according to the Preamble of claim 1.

Solche Einrichtungen sind als Mikrowellen-Kammeröfen be­ kannt, beispielsweise aus L. Schuh, A. Gasch und F. Harbach, Microwave sintering of ceramic components, Ceramics - Adding the value, Proceeding of the Internatio­ nal Conference Austceram ′92, Melbourne 1992, Seite 130 bis 135. Die bekannten Kammeröfen sind zur diskontinuierlichen Sinterung von keramischen Körpern und für Temperaturen bis etwa 1650°C geeignet.Such devices are as microwave chamber ovens knows, for example from L. Schuh, A. Gasch and F. Harbach, Microwave sintering of ceramic components, Ceramics - Adding the value, Proceeding of the Internatio nal Conference Austceram ′92, Melbourne 1992, pages 130 to 135. The known chamber furnaces are for discontinuous Sintering of ceramic bodies and for temperatures up to about 1650 ° C suitable.

Für eine industrielle Produktion wäre kontinuierliche Sin­ terung wünschenswert, die mit den bekannten Mikrowellenöfen nicht durchführbar ist. Als Einrichtungen für kontinuierli­ chen Betrieb sind Tunnelöfen mit konventioneller Beheizung bekannt, die aber nachstehende Nachteile aufweisen: Die Aufheizung der konventionellen Tunnelöfen ist zeit- und en­ ergieaufwendig. Die Öfen müssen auch in Zeiten, in denen nicht gesintert wird, auf Arbeitstemperatur gehalten wer­ den. Bei teilausgelasteten Anlagen ergibt sich eine unbe­ friedigende Wirtschaftlichkeit, weil zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Temperaturprofils Blindlasten hoher Kapa­ zität mitlaufen müssen. Ein kurzfristiges Zuschalten weite­ rer Ofenkapazität ist nicht möglich, da eine Vorlaufzeit von etwa 12 bis 24 Stunden möglich ist.Continuous sin would be for industrial production tion desirable with the known microwave ovens is not feasible. As facilities for continuous tunnels with conventional heating known, but have the following disadvantages: The Heating conventional tunnel ovens is time-consuming  energy-consuming. The ovens must also be used at times when is not sintered, who is kept at working temperature the. In the case of partially utilized systems, there is an unused peaceful economy because of maintenance a desired temperature profile reactive loads of high Kapa need to run along with it. A short-term connection wide The furnace capacity is not possible because of a lead time from about 12 to 24 hours is possible.

Marktgängig sind auch Mikrowellenanlagen für kontinuierli­ che Vulkanisation von Gummi oder für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie. Bei diesen Anlagen wird ein zu erwärmendes Gut - einem vorgegebenen Heizprofil entspre­ chend - schnell oder langsam durch die Mikrowellenkammer transportiert. Diese kontinuierlichen Mikrowellenanlagen sind nicht zur Sinterung keramischer Körper geeignet. Es sind insbesondere keine Konzepte für eine einfach handzu­ habende und kostengünstige thermische Isolierung für konti­ nuierliche Mikrowellenanlagen bekanntgeworden, die Arbeits­ temperaturen von mehr als etwa 500°C zulassen würden.Microwave systems for continuous are also available on the market vulcanization of rubber or for applications in the Food industry. With these systems, one becomes warming good - correspond to a given heating profile accordingly - quickly or slowly through the microwave chamber transported. These continuous microwave systems are not suitable for sintering ceramic bodies. It are especially not concepts for an easy to use having and inexpensive thermal insulation for conti Nuclear microwave systems have become known to work would allow temperatures of more than about 500 ° C.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrowellen­ einrichtung zur Sinterung keramischer Körper anzugeben, die einen kontinuierlichen Sinterbetrieb ermöglicht.The invention has for its object a microwave device for sintering ceramic bodies to specify the enables continuous sintering.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.This task is carried out at a facility according to the Oberbe handle of claim 1 by its characteristic features solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen ange­ geben.Advantageous refinements are set out in the subclaims give.

Die erfindungsgemäße Einrichtung weist eine Reihe von Vor­ teilen auf: Da die Anlage erschütterungsfrei arbeitet, kön­ nen auch empfindliche keramische Körper gesintert werden. Es sind hohe Aufheizraten bei völlig gleichmäßiger Wärme­ einbringung in das Sintergut möglich. Alle thermischen Schritte, wie Vorwärmung, Binderausbrand, Sinterung und Ab­ kühlung können in einer einzigen Anlage durchgeführt werden.The device according to the invention has a number of before share on: Since the system works vibration-free, sensitive ceramic bodies can also be sintered. They are high heating rates with completely even heat  can be introduced into the sintered material. All thermal Steps such as preheating, binder burnout, sintering and ab cooling can be done in a single plant become.

Gegenüber konventioneller Gas- oder Elektroheizung hat die Mikrowellensinteranlage ein inverses Temperaturprofil. Da das Sintergut selbst aufgeheizt wird, ist dieses die hei­ ßeste Stelle des Ofens und nicht, wie in konventionellen Anlagen, die wandnahen Heizeinrichtungen, die die Wärme auf das Sintergut übertragen. Dadurch heizen sich die Wände des Ofens nicht so stark auf, wie in herkömmlichen Öfen. Aus diesem Grunde lassen sich bei der Mikrowellensinterung Wär­ medämmungen verwenden, deren Einsatztemperatur rund 100°C unter der Sintertemperatur liegt. Das bedeutet, daß preis­ günstige keramische Fasermaterialien mit geringer Wärmeka­ pazität eingesetzt werden können.Compared to conventional gas or electric heating, the Microwave sintering system has an inverse temperature profile. There the sintered material itself is heated, this is the hot one bottom of the oven and not, as in conventional Plants that have heating devices close to the wall that heat up transfer the sintered material. This will heat the walls of the Oven is not as strong as in conventional ovens. Out for this reason, in the microwave sintering heat Use insulation, the operating temperature of which is around 100 ° C is below the sintering temperature. That means price inexpensive ceramic fiber materials with low heat capacity can be used.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Sintereinrich­ tung finden Kassetten Anwendung, die mikrowellentransparent und wärmedämmend ausgeführt sind. Die Kassetten dienen zur Aufnahme des Sintergutes und sind auf dem Sintertisch ange­ ordnet. Zur Wärmedämmung eignet sich eine keramische Faser­ isolation, deren Dichte und Zusammensetzung auf die Anwen­ dung im Mikrowellenfeld bei hohen Temperaturen ausgelegt ist. Als wesentliche Komponente der Faserisolation ist eine Aluminiumoxidfaser geeignet.According to an advantageous embodiment of the sintering device cassettes are used that are microwave-transparent and are heat-insulating. The cassettes are used for Picking up the sintered goods and are on the sinter table arranges. A ceramic fiber is suitable for thermal insulation isolation, its density and composition depending on the application designed in the microwave field at high temperatures is. One of the essential components of fiber insulation is Suitable alumina fiber.

Die Anordnung des Sinterguts in wärmegedämmten Kassetten hat den Vorteil, daß sich die Wände des Ofens nur wenig aufheizen. Außerdem hat die Verwendung von Kassetten mit hoher Wärmedämmung den Vorteil, daß die gesinterten Körper den Ofen schon bei Temperaturen oberhalb von 1000°C verlas­ sen und passiv abkühlen können, ohne daß die Gefahr eines Thermoschocks besteht. Die Einrichtung steht auf diese Weise schnell wieder für einen neuen Sinterzyklus zur Ver­ fügung, wodurch der Auslastungsgrad im Vergleich zu konven­ tionellen Tunnelöfen signifikant verbessert wird.The arrangement of the sintered goods in thermally insulated cassettes has the advantage that the walls of the furnace are little Warm up. It also has the use of cassettes high thermal insulation has the advantage that the sintered body read the furnace at temperatures above 1000 ° C sen and passively cool without the risk of Thermal shock exists. The facility stands on this Quickly available for a new sintering cycle  addition, whereby the degree of utilization compared to conv tional tunnel kilns is significantly improved.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Einrichtung dargestellt.In the drawing, an embodiment of an invented shown appropriate device.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung mit einem stillstehenden Sintertisch 1, auf dem Kassetten 2 mit darin befindlichen keramischen Körpern 3 plaziert sind. Als Mikrowellentunnel 4 ist eine Gesamtanordnung bezeichnet, die sich aus einem Vorwärmer 5, einem Hochtemperaturerzeuger 6 und einem Ab­ kühlteil 7 zusammensetzt. Der Mikrowellentunnel 4 ist auf einem gesonderten Träger 8 fahrbar angeordnet. Am Träger 8 ist eine Antriebseinrichtung 9 angeordnet, die den Mikro­ wellentunnel 4 bewegt und von einer Steuer- und Regelein­ richtung 10 angesteuert wird. Fig. 1 shows a device with a stationary sintered Table 1, are placed on the cassette 2 having therein the ceramic bodies 3. As a microwave tunnel 4 , an overall arrangement is referred to, which is composed of a preheater 5 , a high temperature generator 6 and a cooling part 7 . The microwave tunnel 4 is arranged to be movable on a separate carrier 8 . On the carrier 8 , a drive device 9 is arranged, which moves the micro wave tunnel 4 and is controlled by a control and regulating device 10 .

Der Mikrowellentunnel 4 ist als leichte, dünnwandige und selbsttragende Metallkonstruktion ausgeführt. Er enthält mindestens den Hochtemperaturerzeuger 6, der eine Haube 11 und mehrere Mikrowellenquellen 12 umfaßt, die ihre Energie in den Innenraum der Haube 11 abstrahlen. Für manche Sin­ terprogramme wird außer dem Hochtemperaturerzeuger 6 der Vorwärmer 5 und der Abkühlteil 7 benötigt. Der Vorwärmer 5 enthält bei Bedarf zuschaltbare Zusatz-Mikrowellenquellen 13. Im Abkühlteil 7 kühlt das Sintergut 3 kontrolliert, d. h. ausreichend langsam ab, bis eine Temperatur erreicht ist, bei der das Sintergut den Ofen verlassen kann. Im Abkühlteil 7 ist keine Mikrowellenquelle angeordnet.The microwave tunnel 4 is designed as a light, thin-walled and self-supporting metal construction. It contains at least the high-temperature generator 6 , which comprises a hood 11 and a plurality of microwave sources 12 , which emit their energy into the interior of the hood 11 . For some Sin terprogramme besides the high temperature generator 6, the preheater 5 and the cooling part 7 is required. The preheater 5 contains switchable additional microwave sources 13 if required. In the cooling part 7, the sinter 3 cools controlled, that is, sufficiently slowly, until a temperature is reached at which the sintered body can leave the oven. No microwave source is arranged in the cooling part 7 .

Die Steuer- und Regeleinrichtung 10 steuert nicht nur den Vorschub des Mikrowellentunnels 4, sondern auch die Lei­ stung der Mikrowellenquellen 12, 13, so daß ein gewählter Temperaturzyklus durchlaufen werden kann. Als Steuergröße für die Regelung dient die Temperatur, die thermoelektrisch oder pyrometrisch gemessen werden kann. The control and regulating device 10 controls not only the feed of the microwave tunnel 4 , but also the performance of the microwave sources 12 , 13 , so that a selected temperature cycle can be run through. The temperature that can be measured thermoelectrically or pyrometrically serves as the control variable for the control.

Der Mikrowellentunnel 4 kann aus beispielsweise 4 mm dickem Aluminiumblech hergestellt werden. Als Mikrowellenquellen 12, 13 sind leistungsgesteuerte oder ungesteuerte Magne­ trons geeignet.The microwave tunnel 4 can be made from, for example, 4 mm thick aluminum sheet. Power-controlled or uncontrolled magnet trons are suitable as microwave sources 12 , 13 .

Der Mikrowellentunnel 4 kann eine über die gesamte Länge gleichbleibende oder wechselnde Geometrie aufweisen. Im in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Hochtemperaturerzeuger 6 einen achteckigen Querschnitt, während der Vorwärmer 5 und der Abkühlteil 7 einen recht­ eckigen Querschnitt aufweisen. Die Bauweise des Mikrowel­ lentunnels kann so gewählt werden, daß beispielsweise der Hochtemperaturerzeuger in seinem mittleren Bereich als Re­ sonator und in den Endbereichen als Mikrowellenstrahler wirkt. Dadurch kann Material verschiedenster Mikrowellenab­ sorption gesintert werden und es kann eine gleichmäßige und frei wählbare Temperaturverteilung erreicht werden.The microwave tunnel 4 can have a constant or changing geometry over the entire length. In the embodiment shown in the drawing, the high-temperature generator 6 has an octagonal cross-section, while the preheater 5 and the cooling part 7 have a rectangular cross-section. The design of the microwave tunnel can be chosen so that, for example, the high-temperature generator acts in its central region as a resonator and in the end regions as a microwave radiator. As a result, material of the most varied microwave absorption can be sintered and a uniform and freely selectable temperature distribution can be achieved.

Fig. 2 zeigt eine Kassette 2, deren Wände 14 aus Faseriso­ lationsmaterial bestehen, und die keramische Körper 3 ent­ hält. Fig. 2 shows a cassette 2 , the walls 14 are made of fiber insulation material, and the ceramic body 3 holds ent.

BezugszeichenlisteReference list

1 Sintertisch
2 Kassette
3 keramischer Körper, Sintergut
4 Mikrowellentunnel
5 Vorwärmer
6 Hochtemperaturerzeuger
7 Abkühlteil
8 Träger
9 Antriebseinrichtung
10 Steuer- und Regeleinrichtung
11 Haube
12 Mikrowellenquelle
13 Zusatz-Mikrowellenquelle
14 Wand. 1 sinter table
2 cassette
3 ceramic body, sintered material
4 microwave tunnels
5 preheaters
6 high temperature generators
7 cooling section
8 carriers
9 drive device
10 control and regulating device
11 hood
12 microwave source
13 Additional microwave source
14 wall.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Sinterung keramischer Körper durch Erwärmung mittels Mikrowellen, wobei wenigstens eine Mikro­ wellenquelle in der Einrichtung angeordnet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß
  • - wenigstens ein feststehender Sintertisch (1) vorhan­ den ist, auf dem die zu sinterten Körper (3) plazier­ bar sind, und
  • - die wenigstens eine Mikrowellenquelle (12) in einer tunnelförmigen, fahrbaren Haube (11) angeordnet ist, die mittels einer Antriebseinrichtung (9) über den Sintertisch (1) hinweg bewegbar ist.
1. Device for sintering ceramic bodies by heating by means of microwaves, with at least one micro wave source being arranged in the device, characterized in that
  • - At least one fixed sintering table ( 1 ) is present, on which the bodies to be sintered ( 3 ) are placed, and
  • - The at least one microwave source ( 12 ) is arranged in a tunnel-shaped, mobile hood ( 11 ) which can be moved over the sintering table ( 1 ) by means of a drive device ( 9 ).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Haube (11) aus Metall in selbsttragender Bau­ weise ausgeführt ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the hood ( 11 ) is made of metal in self-supporting construction. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Haube (11) aus Aluminium hergestellt ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the hood ( 11 ) is made of aluminum. 4. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in oder an der Haube (11) meh­ rere Mikrowellenquellen (12) angeordnet sind.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that several microwave sources ( 12 ) are arranged in or on the hood ( 11 ). 5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meß-, Steuer- und Regeleinrich­ tungen vorhanden sind zur temperaturgesteuerten Regelung der Mikrowellenleistung und/oder der Geschwindigkeit mit der sich die Haube (11) bewegt. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that measuring, control and regulating devices are provided for temperature-controlled regulation of the microwave power and / or the speed at which the hood ( 11 ) moves. 6. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (11) mit wenigstens einer Mikrowellenquelle (12) den Hochtemperaturerzeuger (6) eines Mikrowellentunnels (4) bildet, der außerdem einen dem Hochtemperaturerzeuger (6) vorgeschalteten Vorwärmer (5) und einen nachgeschalteten Abkühlteil (7) aufweist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the hood ( 11 ) with at least one microwave source ( 12 ) forms the high-temperature generator ( 6 ) of a microwave tunnel ( 4 ), which also a preheater ( 5 ) upstream of the high-temperature generator ( 6 ) and has a downstream cooling part ( 7 ). 7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Sintertisch (1) minde­ stens eine mikrowellentransparente und wärmegedämmte Kas­ sette (2) angeordnet ist, in der sich zu sinternde Keramik­ körper (3) befinden.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the sintering table ( 1 ) at least one microwave-transparent and thermally insulated Kas set ( 2 ) is arranged, in which there are sintered ceramic body ( 3 ). 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kassette (2) mittels einem Isolationsmaterial wärmegedämmt ausgeführt ist, das hauptsächlich aus einer Aluminiumoxidfaser besteht.8. Device according to claim 7, characterized in that the cassette ( 2 ) is thermally insulated by means of an insulation material which consists mainly of an aluminum oxide fiber.
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