DE69110109T2 - Verfahren zur Herstellung eines Mikrowellen aufnehmenden Heizgerätes. - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Mikrowellen aufnehmenden Heizgerätes.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrowellen absorbierenden Heizgerätes, das infolge der Absorption von Mikrowellen Wärme entwickelt. Genauer gesagt, betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung eines Heizgerätes mit hervorragender Wärmeschockbeständigkeit und hervorragenden Wärmeentwicklungseigenschaften. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung eines Heizgerätes, das die Diffusion des an der Oberfläche eines zu kochenden Gegenstandes beim Erwärmen entwickelten Dampfes und das Anbraten der Oberfläche des zu kochenden Gegenstandes unterstützt.
- Unter Ausnutzung des Phänomens, daß ein Material durch Absorption von Mikrowellen erwärmt wird, werden Schnittholz, Stoffe oder Kunststoffe getrocknet und verarbeitet. Solche Materialien werden hauptsächlich unter Ausnutzung der dielektrischen Erwärmung infolge der Anregung von Dipolen getrocknet und verarbeitet, die in den Materialien vorliegen und die durch ein durch die Mikrowellen erzeugtes elektrisches Wechselstromfeld zum Schwingen gebracht werden, so daß das Material infolge der Reibung zwischen den Molekülen erwärmt wird.
- Der Großteil der Erwärmung mittels der Mikrowellen ist auf die Wärmeentwicklung der Wassermoleküle zurückzuführen, die in dem zu erwärmenden Gegenstand vorliegen und die ein Dipolmoment besitzen. Daher wird das Erwärmen mittels Mikrowellen gewöhnlich zum Erwärmen oder Trocknen von Materialien verwendet, die Wasser enthalten.
- Es ist jedoch aufgrund der Verdampfungswärme nicht möglich, einen Gegenstand, der Wassermoleküle enthält, auf eine Temperatur von inehr als 100 ºC zu erwärmen, und wenn das in dem erwärinten Gegenstand enthaltene Wasser verdampft ist, stagniert die Erwärmung und die Temperatur des erwärmten Gegenstandes Verfügung steht. Mit anderen Worten, es ist nicht möglich, einen Gegenstand auf eine Temperatur von mehr als 100 ºC zu erwärmen, indem der Gegenstand, der Wasser enthält, lediglich mit Mikrowellen bestrahlt wird. Deshalb wird ein Gegenstand gewöhnlich auf eine hohe Temperatur erwärmt, indem man ein dielektrisches oder ein magnetisches Material als Heizgerät verwendet, das Mikrowellen absorbiert und dabei Wärme entwickelt, und der Gegenstand wird mit dem Heizgerät in Kontakt gebracht oder die Strahlungswärme des Heizgerätes wird ausgenutzt.
- Als Heizgerät werden gewöhnlich wärmebeständige Hartporzellanmaterialien, wie z.B. Bleititanat-Hartporzellan, Ferrit-Hartporzellan oder Sodakalkglas verwendet.
- Solche herkömmlichen Heizgeräte weisen jedoch bei der praktischen Verwendung Nachteile auf. Sie besitzen z.B. eine unzureichende Beständigkeit gegen Stoß/Schlag, sie neigen dazu, infolge von beim Erwärmen verspritztem Wasser Risse zu bilden, und da der Dampf, der auf der Oberfläche des zu kochenden Gegenstandes entsteht, auf der Oberfläche des Gegenstandes verbleibt, ist es schwierig, die Oberfläche anzubraten.
- Obwohl die Verwendung von Siliciumcarbid untersucht worden ist, welches, verglichen mit z.B. Ferrit, trotz einer schlechteren dielektrischen Erwärmung eine hervorragende Beständigkeit gegen Stoß/Schlag besitzt, ist Siliciumcarbid schwierig zu formen und zu verformen, so daß sich verschiedene Probleme bei der Verarbeitung zu einem Gebrauchsgegenstand ergeben. Da zusätzlich die Absorptionsfähigkeit für Mikrowellen nicht gerade hervorragend ist, stellt das Zurückbleiben des Wassers auf der Oberfläche eines zu kochenden Gegenstandes ein ernsthaftes Problem dar, und eine Verbesserung der Erwärmungseigenschaften ist dringend erforderlich.
- Die EP-A-0 432 794 beschreibt einen Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff, der eine Siliciumcarbidmatrix mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 10&sup4; Ohm/cm und Keramikfasern oder -Whisker umfaßt, welche die Siliciumcarbidmatrix verstärken. Das Siliciwncarbid wird mittels chemischer Abscheidung aus der Gasphase auf dem Gewebe aus Fasern oder Whiskern oder zwischen bzw. auf den Einzelfasern/Einzelwhiskern aufgebracht. Dieser Verbundwerkstoff wird zum Kochen in einem Mikrowellenofen verwendet, wobei der Verbundwerkstoff durch dielektrisches Absorbieren der Mikrowellenenergie, die im Mikrowellenofen abgestrahlt wird, selbst erwärmt wird und eine Infrarotstrahlung an die Oberfläche des zu kochenden Materials abgibt.
- Die JP-A-3067489 beschreibt ein Mikrowellen absorbierendes Heizelement, das einen hochporösen Keramikkörper und teilchenförmige Bestandteile umfaßt, wobei der Keramikkörper mittels eines Biskuit-Brennverfahrens mit einer Mikrowellen absorbierenden exothermen Schicht beschichtet wurde, die Siliciumcarbid umfaßt. Das Element wird infolge der Absorption von Mikrowellen bis zur Rotglut erwärmt.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrowellen absorbierenden Heizgerätes bereitzustellen, das Mikrowellen mit guter Ausbeute absorbiert und den Wassergehalt auf der Oberfläche eines zu kochenden Gegenstandes leicht diffundiert, so daß die Oberfläche des zu kochenden Gegenstandes leicht angebraten werden kann.
- Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrowellen absorbierenden Heizgerätes bereitzustellen, das bei der Verarbeitung eine verbesserte Formbarkeit und Verformbarkeit besitzt, das beim Verspritzen von Wasser eine ausreichende Wärmeschockbeständigkeit besitzt und das bei der normalen Handhabung nicht leicht zerbricht.
- Die oben genannten Aufgaben wurden durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Mikrowellen absorbierenden Heizgerätes gelöst, das aus porösem Siliciumcarbid mit einer Porosität von 40 bis 95 % besteht, wobei das Verfahren umfaßt:
- a) Carbonisieren von Urethanschaum, um porösen Kohlenstoff mit Poren herzustellen,
- b) Herstellen von Siliciumcarbid auf der inneren Oberfläche der Poren und auf der äußeren Oberfläche des porösen Kohlenstoffs mittels chemischer Abscheidung aus der Gasphase, und
- c) Entfernen des Kohlenstoffs durch Verbrennung.
- Da das mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Mikrowellen absorbierende Heizgerät aus Siliciumcarbid besteht und ein poröser Körper mit einer hohen Porosität ist, wird gewährleistet, daß der auf der Oberfläche eines zu kochenden Gegenstandes gebildete Dampf nicht auf der Oberfläche verbleibt und das Heizgerät eine ausgezeichnete Wärmeschockbeständigkeit besitzt. Da zusätzlich die Wärmekapazität klein ist, die Absorptionsfähigkeit für Mikrowellen hoch ist und der Wärmeverlust gering ist, ist die Wärmeausnutzung außerordentlich hervorragend.
- Da das Heizgerät selbst ein poröser Körper ist, ist die Beständigkeit gegen Stoß/Schlag im Vergleich zu einem aus einem dichten, gesinterten Körper hergestellten Heizgerät hervorragend, und es ist möglich, ein Mikrowellen absorbierendes Heizgerät mit einer Wärmeschockbeständigkeit (AT) von nicht weniger als 400 ºC bereitzustellen. Daher ist eine sichere Handhabung des Mikrowellen absorbierenden Heizgerätes bei verschiedenartigen Verwendungen möglich, ohne daß das Heizgerät zerbricht.
- Wenn die Porosität des porösen Körpers weniger als 40 % beträgt, verbleibt das auf der Oberfläche eines zu kochenden Gegenstandes gebildete Wasser auf der Oberfläche, so daß eine lange Zeitdauer erforderlich ist, um die Oberfläche anzubraten, und im schlimmsten Fall wird die Oberfläche aufgeweicht, wie die Oberfläche von gekochten Lebensmitteln. Wenn andererseits die Porosität 95 % übersteigt, ist die mechanische Festigkeit für die praktische Verwendung unzureichend.
- Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird Siliciumcarbid auf der Oberfläche des porösen Kohlenstoffs mittels chemischer Abscheidung aus der Gasphase abgeschieden, und danach wird der Kohlenstoff durch Verbrennung entfernt.
- Vorzugsweise wird die chemische Abscheidung aus der Gasphase wie folgt durchgeführt:
- Methyltrichlorsilan als Quelle für Si und C wird in einen Materialgasstrom überführt, und SiC wird auf der Oberfläche (die äußeren und inneren Oberfächen und die Innenwände der Poren) des porösen Kohlenstoffs abgeschieden, der bei einer Temperatur von etwa 1000 ºC gehalten wird.
- Da das erfindungsgemäß hergestellte Heizgerät aus Siliciumcarbid besteht, unterstützt es die Diffusion des Dampfes von der erwärmten Oberfläche und das Entfernen des Wassers von der erwärmten Abdeckung, so daß ein schnelles Anbraten der Oberfläche des zu kochenden Gegenstandes ermöglicht wird. Da zusätzlich die Absorptionsfähigkeit für Mikrowellen hoch ist, die Wärmekapazität klein ist und der Wärmeverlust gering ist, entwickelt das Mikrowellen absorbierende Heizgerät effizient Wärme infolge der Bestrahlung mit Mikrowellen und besitzt eine hohe Wärmeschockbeständigkeit.
- Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf das folgende Beispiel genauer beschrieben.
- Poröse Körper (Proben Nr. 1 bis 3) aus Siliciumcarbid mit jeweils der in der Tabelle angegebenen Porosität wurden wie folgt hergestellt:
- Urethanschaum wurde carbonisiert, um porösen Kohlenstoff herzustellen. Eine Quelle für Si und C, wie Z.B. Methyltrichlorsilan, wurde dem porösen Kohlenstoff als Materialgas zugeführt, der bei einer Temperatur von 1000 ºC gehalten wurde, um Siliciumcarbid auf der inneren Oberfläche der Poren und auf der äußeren Oberfläche des porösen Kohlenstoffs herzustellen. Danach wurde der Kohlenstoff durch Verbrennung entfernt, wobei ein poröser Körper aus Siliciumcarbid mit einer vorherbestimmten Porosität erhalten wurde.
- Jeder der porösen Körper aus Siliciumcarbid wurde 2 Minuten lang mit Mikrowellen bei einer Ausgangsleistung von 500 W bestrahlt, und die Temperatur der Oberfläche wurde gemessen. Das Auftreten oder Nicht-Auftreten von Rissen während und nach dem Erwärmen (einschließlich für den Fall, bei dem Wasser verspritzt wurde) und der Zustand der gekochten Lebensmittel, wie z.B. Fleisch und Gemüse, die auf dem porösen Körper aus Siliciumcarbid 2 Minuten lang mit Mikrowellen bestrahlt worden waren, wurde untersucht.
- Die Ergebnisse sind in der Tabelle angegeben. Tabelle Nr. Porosität Oberflächen-temperatur Risse Zustand der gekochten Lebensmittel Bemerkungen keine wenige Erfindung Vergleich * Zustand
- Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, war im Fall des porösen Körpers mit einer Porosität von 97 % die mechanische Festigkeit gering und es traten Risse auf, so daß dessen praktische Verwendung nicht möglich war. Im Gegensatz dazu besaßen die porösen Körper mit einer Porosität im Bereich von 40 bis 95 % eine ausreichende mechanische Festigkeit, und die gekochten Lebensmittel waren angebraten.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung eines Mikrowellen absorbierenden
Heizgerätes, das aus porösem Siliziumcarbid mit einer
Porosität von 40 bis 95% besteht, wobei das Verfahren umfaßt:
a) Karbonisieren von Urethanschaum, uln porösen Kohlenstoff
mit Poren herzustellen,
b) Herstellen von Siliziumcarbid auf der inneren Oberfläche
der Poren und auf der äußeren oberfläche des porösen
Kohlenstoffs mittels chemischer Abscheidung aus der
Gasphase, und
c) Entfernen des Kohlenstoffs durch Verbrennung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die chemische Abscheidung
aus der Gasphase unter Verwendung von Methyltrichlorsilan
durchgeführt wird.
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