RU2334376C2 - Device for baking pottery with use of heating by microwave radiation - Google Patents
Device for baking pottery with use of heating by microwave radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2334376C2 RU2334376C2 RU2006136440/09A RU2006136440A RU2334376C2 RU 2334376 C2 RU2334376 C2 RU 2334376C2 RU 2006136440/09 A RU2006136440/09 A RU 2006136440/09A RU 2006136440 A RU2006136440 A RU 2006136440A RU 2334376 C2 RU2334376 C2 RU 2334376C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- microwave
- microwave radiation
- chamber
- sintering
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к средствам нагрева микроволновым излучением для спекания компактированных керамических материалов и, более конкретно, к обеспечению однородного спекания керамических изделий.The present invention relates to microwave heating means for sintering compacted ceramic materials and, more particularly, to providing uniform sintering of ceramic products.
Нагрев материалов микроволновым излучением используется в настоящее время во многих технических областях. Основное преимущество микроволнового нагрева обусловлено объемным поглощением микроволновой энергии большинством неметаллических материалов. Микроволновый нагрев отличается двумя основными особенностями. С одной стороны, при поглощении микроволновой энергии во всем объеме изделия отсутствует необходимость в передаче тепла за счет теплопроводности, как это происходит при нагреве лучевыми или конвективными потоками тепла в традиционных печах. Поэтому скорости нагрева микроволновым излучением могут быть существенно выше, и это является одним из наиболее важных факторов во многих процессах, одним из которых является спекание керамических материалов. Высокие скорости нагрева обуславливают не только существенную экономию энергии и сокращение времени процессов, но, что зачастую более важно при создании высококачественных материалов, позволяют получать керамические изделия с более мелкодисперсной и бездефектной микроструктурой. С другой стороны, при нагреве за счет выделения энергии в объеме изделия и потерях тепла с его поверхности распределение температуры в изделии неизбежно является неоднородным. Проблема температурной неоднородности является наиболее острой в процессах, связанных с нагревом изделий большого размера, поскольку разница температур увеличивается как квадрат характерного размера изделия.Microwave heating of materials is currently used in many technical fields. The main advantage of microwave heating is due to the bulk absorption of microwave energy by most non-metallic materials. Microwave heating has two main features. On the one hand, when absorbing microwave energy in the entire volume of the product, there is no need for heat transfer due to thermal conductivity, as is the case when heated by radiation or convective heat fluxes in traditional furnaces. Therefore, microwave heating rates can be significantly higher, and this is one of the most important factors in many processes, one of which is the sintering of ceramic materials. High heating rates cause not only significant energy savings and shorter process times, but, which is often more important when creating high-quality materials, they allow to obtain ceramic products with a finely dispersed and defect-free microstructure. On the other hand, when heated due to the release of energy in the volume of the product and the loss of heat from its surface, the temperature distribution in the product is inevitably heterogeneous. The problem of temperature heterogeneity is the most acute in the processes associated with heating large-sized products, since the temperature difference increases as the square of the characteristic size of the product.
Известно устройство для спекания образцов жаропрочной керамики с использованием нагрева микроволновым излучением, включающее в себя камеру для спекания, в которой находится тепловая изоляция, в которую помещается спекаемое изделие (пат. США №4147911, МПК2 Н05В 9/03, публ. 1979 г.). Некоторое уменьшение температурной неоднородности внутри заготовки спекаемого изделия в данном устройстве достигается за счет того, что нагреваемую заготовку помещают в тепловую изоляцию, которая уменьшает тепловые потери с поверхности заготовки и позволяет несколько выровнять разницу температур между центром заготовки спекаемого изделия и ее поверхностью в процессе спекания. Однако данное устройство имеет существенный недостаток, а именно, не позволяет независимо управлять микроволновым нагревом и тепловыми потерями. Кроме того, устройство не позволяет добиться необходимого соответствия между поглощением микроволновой энергии и интенсивностью тепловых потерь в широком температурном диапазоне, что особенно важно в таком высокотемпературном процессе, как спекание керамических материалов.A device is known for sintering specimens of heat-resistant ceramics using microwave heating, which includes a sintering chamber in which there is thermal insulation into which the sintered product is placed (US Pat. No. 4,147,911, IPC 2 H05B 9/03, publ. 1979, ) A certain decrease in temperature inhomogeneity inside the sintered product billet in this device is achieved due to the fact that the heated billet is placed in thermal insulation, which reduces heat loss from the surface of the billet and allows you to somewhat equalize the temperature difference between the center of the billet of the sintered product and its surface during sintering. However, this device has a significant drawback, namely, it does not allow independent control of microwave heating and heat loss. In addition, the device does not allow to achieve the necessary correspondence between the absorption of microwave energy and the intensity of heat loss over a wide temperature range, which is especially important in such a high-temperature process as sintering of ceramic materials.
Известно устройство для спекания керамического изделия большого размера с использованием нагрева микроволновым излучением, в котором повышение однородности распределения температуры внутри заготовки спекаемого изделия достигается путем более однородного распределения микроволновой энергии внутри камеры за счет повышения частоты излучения до 28 ГГц и выбора соотношения между размерами камеры для спекания и длины волны микроволнового излучения как 100:1 (пат. США 4963709, МПК5 Н05В 6/80, публ. 1990). Однако это устройство не устраняет температурную неоднородность внутри заготовки спекаемого изделия между центром заготовки и ее поверхностью, обусловленную потерями тепла с поверхности нагреваемой заготовки спекаемого изделия. При этом указанная температурная неоднородность в объеме спекаемого изделия, нагреваемого за счет объемного поглощения микроволновой энергии, является одним из основных факторов, препятствующих использованию микроволнового нагрева в таких технологических процессах, как спекание керамических изделий, их соединение, создание керамических и композиционных покрытий, поскольку неоднородное температурное распределение приводит к неоднородности микроструктуры и функциональных свойств материалов и к разрушению изделий в процессе их изготовления.A device for sintering a large ceramic product using microwave radiation is known, in which an increase in the uniformity of the temperature distribution inside the billet of the sintered product is achieved by a more uniform distribution of microwave energy inside the chamber by increasing the radiation frequency to 28 GHz and choosing a ratio between the sizes of the sintering chamber and microwave wavelengths as 100: 1 (US Pat. No. 4,963,709, IPC 5 H05B 6/80, publ. 1990). However, this device does not eliminate the temperature heterogeneity inside the preform of the sintered product between the center of the preform and its surface due to heat loss from the surface of the heated preform of the sintered product. Moreover, the indicated temperature heterogeneity in the volume of the sintered product heated by volumetric absorption of microwave energy is one of the main factors preventing the use of microwave heating in technological processes such as sintering of ceramic products, their combination, the creation of ceramic and composite coatings, since the temperature is inhomogeneous distribution leads to heterogeneity of the microstructure and functional properties of materials and to the destruction of products during their manufacture fishing.
Неоднородность температурного распределения внутри спекаемого изделия может быть уменьшена при использовании так называемого гибридного нагрева, когда для нагрева используют, по крайней мере, два источника энергии: микроволновый и традиционный (конвективный или лучевой) (патент США 5191183, МПК5 Н05В 6/80, публ. 1993 г.; патент США №6133558, МПК7 Н05В 6/50, публ. 2000 г.). Как и в предыдущих устройствах, в микроволновой камере для спекания находится тепловая изоляция, в которую помещается спекаемое изделие. Кроме спекаемого изделия, внутри теплоизоляции находится независимый источник лучевого или конвективного нагрева, обеспечивающий дополнительный тепловой поток к поверхности спекаемого изделия. Согласованное управление обоими источниками энергии позволяет, в принципе, добиться регулирования температурного профиля при нагреве изделия. Однако практическое применение таких устройств сталкивается с серьезными техническими трудностями, в частности, с необходимостью измерения температуры внутри нагреваемого изделия. Кроме того, использование дополнительных традиционных средств нагрева лишает эти устройства многих положительных свойств, присущих микроволновому нагреву, таких как снижение энергетических затрат, возможность нагрева до высоких температур в любой газовой атмосфере, безынерционность нагрева.The heterogeneity of the temperature distribution inside the sintered product can be reduced by using the so-called hybrid heating, when at least two energy sources are used for heating: microwave and traditional (convective or radial) (US patent 5191183, IPC 5 Н05В 6/80, publ. 1993; US patent No. 6133558, IPC 7 H05B 6/50, publ. 2000). As in previous devices, in the microwave sintering chamber there is thermal insulation in which the sintered product is placed. In addition to the sintered product, inside the thermal insulation there is an independent source of radiation or convective heating, which provides additional heat flow to the surface of the sintered product. Coordinated management of both energy sources allows, in principle, to achieve regulation of the temperature profile during heating of the product. However, the practical application of such devices encounters serious technical difficulties, in particular, with the need to measure the temperature inside the heated product. In addition, the use of additional traditional means of heating deprives these devices of many positive properties inherent in microwave heating, such as reducing energy costs, the possibility of heating to high temperatures in any gas atmosphere, and the inertia of heating.
Наиболее близкими к предлагаемому устройству по технической сущности являются устройства для спекания керамического изделия большого размера с использованием нагрева микроволновым излучением в камере, в которых для повышения температурной однородности в объеме спекаемого изделия имеется специально изготовленный из материала с высоким коэффициентом поглощения микроволнового излучения поглощающий объект. Этот поглощающий объект представляет собой окружающий нагреваемое спекаемое изделие кожух, изготовленный из материала с высоким коэффициентом поглощения микроволнового излучения (пат. США №4307277, МПК3 Н05В 6/64, публ. 1981 г.; пат. США №6891140, МПК7 Н05В 6/78, 6/64, публ. 2005 г.). В качестве ближайшего аналога может быть выбрано устройство для спекания керамического изделия, описанное в любом из этих патентов. Устройство-прототип содержит камеру для спекания, в которой установлена тепловая изоляция, в которой находится поглощающий кожух, окружающий нагреваемое спекаемое изделие. Повышение однородности распределения температуры внутри спекаемого изделия осуществляется за счет поглощения микроволновой энергии в поглощающем кожухе, расположенном внутри тепловой изоляции. Хотя основная роль поглощающего кожуха заключается в дополнительном нагреве заготовки спекаемого изделия за счет поглощаемой в ней микроволновой энергии, он также служит для выравнивания температурного распределения внутри нагреваемой заготовки.The closest to the proposed device by technical essence are devices for sintering a large ceramic product using microwave heating in a chamber, in which an absorbing object is specially made from a material with a high absorption coefficient of microwave radiation to increase the temperature uniformity in the volume of the sintered product. This absorbent object is a casing surrounding a heated sinter article made of a material with a high absorption coefficient of microwave radiation (US Pat. No. 4,302,777, IPC 3 H05B 6/64, publ. 1981; US Pat. No. 6891140, IPC 7 H05B 6 / 78, 6/64, publ. 2005). As the closest analogue, a device for sintering a ceramic product described in any of these patents can be selected. The prototype device contains a sintering chamber, in which thermal insulation is installed, in which there is an absorbing casing surrounding the heated sintered product. Increasing the uniformity of the temperature distribution inside the sintered product is due to the absorption of microwave energy in an absorbing casing located inside the thermal insulation. Although the main role of the absorbent casing is to additionally heat the billet of the sintered product due to the microwave energy absorbed in it, it also serves to equalize the temperature distribution inside the heated billet.
Недостатком ближайшего аналога является то, что такие устройства далеки от универсальности и могут быть использованы только при выполнении определенных соотношений между энергией, выделяемой при поглощении микроволнового излучения в заготовке спекаемого изделия, и энергией, выделяемой в поглощающем кожухе. Поскольку коэффициенты поглощения микроволнового излучения в большинстве материалов сильно зависят от температуры, эти соотношения могут выполняться только в ограниченном температурном диапазоне.A disadvantage of the closest analogue is that such devices are far from universal and can only be used when certain ratios between the energy released by the absorption of microwave radiation in the workpiece of the sintered product and the energy released in the absorbent casing are fulfilled. Since the absorption coefficients of microwave radiation in most materials are highly temperature dependent, these ratios can only be satisfied in a limited temperature range.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка более простого и надежного устройства для спекания керамического изделия с использованием нагрева микроволновым излучением, обеспечивающего более высокую температурную однородность в объеме спекаемого изделия.The problem solved by the invention is the development of a simpler and more reliable device for sintering ceramic products using microwave heating, providing higher temperature uniformity in the volume of the sintered product.
Технический результат в разработанном устройстве достигается тем, что разработанное устройство для спекания керамического изделия с использованием нагрева микроволновым излучением, так же как и устройство-прототип, содержит соединенную с источником микроволнового излучения камеру для спекания, в которой размещается заготовка спекаемого изделия и поглощающий объект, изготовленный из материала с высоким коэффициентом поглощения микроволнового излучения.The technical result in the developed device is achieved by the fact that the developed device for sintering a ceramic product using microwave heating, as well as the prototype device, contains a sintering chamber connected to the microwave source, in which the billet of the sintered product and an absorbing object made from material with a high absorption coefficient of microwave radiation.
Новым в разработанном устройстве является то, что указанный поглощающий объект изготовлен в виде пластины для установки на ней заготовки спекаемого изделия, при этом пластина выполнена из материала, коэффициент поглощения γпл микроволнового излучения которого значительно больше, чем коэффициент поглощения материала изделия γпл>>γизд, а толщина пластины выбрана меньше, чем длина волны используемого микроволнового излучения.New in the developed device is that the specified absorbing object is made in the form of a plate for mounting a sintered product blank on it, while the plate is made of a material whose absorption coefficient γ pl of microwave radiation is much larger than the absorption coefficient of the product material γ pl >> γ ed , and the plate thickness is less than the wavelength of the used microwave radiation.
Технический результат, обеспечиваемый п.1 формулы и заключающийся в повышении температурной однородности в объеме спекаемого изделия, достигается, как установлено авторами, за счет локального перегрева узкой области по краю (периметру) упомянутой пластины вследствие дифракционных эффектов электромагнитных волн микроволнового диапазона.The technical result provided by
Целесообразно в первом частном случае изготовления разработанного устройства выполнить пластину из поглощающего вещества с переменной толщиной, уменьшающейся от краев к центру пластины. Это приводит к более выраженному перегреву краевой области пластины, что обеспечивает дополнительное выравнивание температуры в объеме спекаемого изделия.It is advisable in the first particular case of manufacturing the developed device to make a plate of an absorbing substance with a variable thickness, decreasing from the edges to the center of the plate. This leads to a more pronounced overheating of the edge region of the plate, which provides additional temperature equalization in the volume of the sintered product.
Целесообразно во втором частном случае установить пластину из поглощающего вещества с расположенной на ней заготовкой спекаемого изделия внутри тепловой изоляции из материала с малым коэффициентом поглощения микроволнового излучения и низкой теплопроводностью. Это позволяет, как и в известных аналогах, несколько уменьшить тепловые потери с поверхности спекаемого изделия.It is advisable in the second particular case to install a plate of an absorbing substance with a billet of a sintered product located on it inside thermal insulation of a material with a low absorption coefficient of microwave radiation and low thermal conductivity. This allows, as in well-known analogues, to somewhat reduce heat loss from the surface of the sintered product.
В третьем частном случае для дополнительного нагрева поверхности спекаемого изделия целесообразно камеру для спекания заполнить воздухом или газом и выполнить такой формы, чтобы между пластиной из поглощающего вещества с расположенной на ней заготовкой и внутренней поверхностью камеры или тепловой изоляции (при ее использовании) имелось свободное пространство для перемещения конвекционных потоков воздуха или газа.In the third particular case, for additional heating of the surface of the sintered product, it is advisable to fill the sintering chamber with air or gas and make such a shape that there is free space between the plate of the absorbing material with the workpiece located on it and the inner surface of the chamber or thermal insulation (when used) convection flow of air or gas.
В четвертом частном случае целесообразно пластину из поглощающего вещества изготовить из металлокерамического композитного материала, например, из оксида алюминия с никелем.In the fourth particular case, it is advisable to make a plate of absorbent material from a cermet composite material, for example, from aluminum oxide with nickel.
В пятом частном случае целесообразно спекаемое керамическое изделие изготовить из окиси алюминия. Использование данного известного материала, так же как и в четвертом частном случае, обеспечивает промышленную применимость разработанного устройства.In the fifth particular case, it is advisable to make a sintered ceramic product from aluminum oxide. The use of this known material, as in the fourth particular case, ensures the industrial applicability of the developed device.
В шестом частном случае для более однородного распределения микроволновой энергии в объеме камеры для спекания целесообразно линию передачи микроволнового излучения от источника к камере выполнить таким образом, чтобы подаваемое в камеру излучение было сформировано в виде волнового пучка.In the sixth particular case, for a more uniform distribution of microwave energy in the volume of the sintering chamber, it is advisable to carry out the transmission line of microwave radiation from the source to the chamber in such a way that the radiation supplied to the chamber is formed in the form of a wave beam.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фигуре 1 представлено схематическое изображение разработанного устройства для спекания керамического изделия.The figure 1 presents a schematic representation of the developed device for sintering ceramic products.
На фигуре 2 приведена экспериментальная зависимость температуры на поверхности пластины из поглощающего вещества (кремний, легированный бором) от радиальной координаты. Точка 0 соответствует центру пластины.The figure 2 shows the experimental dependence of the temperature on the surface of the plate of an absorbing substance (silicon doped with boron) on the radial coordinate.
На фигуре 3 представлена фотография упомянутой легированной кремниевой поглощающей пластины после эксперимента по ее микроволновому нагреву.The figure 3 presents a photograph of the aforementioned doped silicon absorbing plate after an experiment on its microwave heating.
Разработанное устройство для спекания керамического изделия, представленное на фиг.1, в общем случае изготовления в соответствии с п.1 формулы, содержит источник 1 микроволнового излучения, соединенный посредством линии передачи 2 с микроволновой камерой 3 для спекания, в которой размещена поглощающая пластина 4 для установки на ней заготовки спекаемого изделия 5. Пластина 4 выполнена из материала, коэффициент поглощения γпл микроволнового излучения которого значительно больше, чем коэффициент поглощения материала изделия 5 γпл>>γизд, а толщина пластины 4 выбрана меньше, чем длина волны используемого микроволнового излучения источника 1. Пластина 4 устанавливается в камере 3 для спекания на точечном держателе 6, например, на трехточечном кварцевом держателе.The developed device for sintering a ceramic product, shown in FIG. 1, in the general case of manufacture in accordance with
В частном случае изготовления устройства пластина 4 может быть выполнена из поглощающего вещества с переменной толщиной, уменьшающейся от краев к центру пластины, а камера 3 для спекания может быть снабжена тепловой изоляцией 7 из материала с малым коэффициентом поглощения микроволнового излучения и низкой теплопроводностью, установленной внутри камеры 3. При этом поглощающая пластина 4 и расположенная на ней заготовка спекаемого изделия 5 устанавливаются внутри тепловой изоляции 7. Поглощающая пластина 4 может быть изготовлена, например, из металлокерамического композитного материала, например, из оксида алюминия с никелем. Тепловая изоляция 7 может быть изготовлена из пористой окиси алюминия, такой как волоконная керамика Zircar типа AL-30. Пористость теплоизолирующей окиси алюминия составляет около 85%.In the particular case of manufacturing the device, the plate 4 can be made of an absorbing substance with a variable thickness decreasing from the edges to the center of the plate, and the
Линия передачи 2 микроволнового излучения от источника 1 к камере 3 для спекания может быть выполнена таким образом, что формирует подаваемое через входное окно 8 в камеру 3 излучение в виде волнового пучка. Все компоненты линии передачи 2 помещены в закрытый металлический кожух 9.The
В примере конкретной реализации устройства микроволновая камера 3 для спекания выполнена из нержавеющей стали в виде цилиндрической камеры диаметром около 500 мм и высотой 600 мм. Охлаждаемая водой вакуумно-плотная камера 3 для спекания позволяет проводить нагрев изделий в вакууме и любой газовой атмосфере. Она уплотняется прозрачным для микроволнового излучения упомянутым входным окном 8, и снабжена расположенным между корпусом камеры 3 и ее крышкой 10 кольцеобразным резиновым уплотнением (не показано), защищенным от попадания на него микроволнового излучения. Камера 3 для спекания является ненастроенным многомодовым резонатором. Входящий в камеру 3 волновой пучок отражается рассеивателем излучения 11, выполненным в виде металлической полусферы с углублениями диаметром порядка половины длины волны микроволнового излучения. Рассеиватель 11 вращается электрическим мотором 12 с помощью эксцентрического механизма 13. Волновой пучок возбуждает одновременно сотни собственных мод камеры 3. Электромагнитные поля собственных мод образуют в результате суперпозиции достаточно однородное распределение микроволновой энергии во всем объеме камеры 3. Дополнительное выравнивание распределения микроволновой энергии обеспечивается перемешивателем мод 14. Перемешиватель мод 14 размещен на крышке 10 микроволновой камеры 3. Перемешиватель мод 14 приводится в движение электрическим мотором и совершает одновременно вращение и колебание. Микроволновая камера 3 для спекания снабжена фланцем 15, имеющим электрически изолированные вводы для подключения термопар 16, электрический сигнал от которых поступает на измерительное устройство 17.In an example of a specific implementation of the device, the
В частном случае источник 1 микроволнового излучения изготовлен с выходной мощностью до 10 кВт на частоте 30 ГГц с регулируемой выходной мощностью. Источником 1 микроволнового излучения может быть гиротрон, например, модель GCGT-30/10/CW, изготавливаемый компанией ЗАО НПП ГИКОМ, Россия. Микроволновая мощность передается через специально сконструированную квазиоптическую линию передачи 2 к микроволновой камере 3 для спекания. Излучатель 18 и первое зеркало 19 линии передачи 2 трансформируют рабочую моду Н02 гиротрона в гауссовый волновой пучок и направляют волновой пучок на второе зеркало 20, которое фокусирует волновой пучок на входном окне 8 камеры 3. Линия передачи 2 включает в себя также водоохлаждаемую металлическую пластину 21, покрытую керамическим слоем, который поглощает микроволновое излучение, отраженное от камеры 3 для спекания. Все компоненты линии передачи 2 помещены в закрытый металлический кожух 9. Микроволновая мощность, поглощаемая в пластине 21, измеряется калориметрическим измерителем мощности.In the particular case,
Температура в центре и на поверхности спекаемого изделия 5 измеряется двумя высокотемпературными термопарами 16. Головки термопар находятся в контакте с соответствующими областями спекаемого изделия 5, а их свободные концы соединены через электрически изолированные выводы с измерительным устройством 17. Измерительное устройство 17 соединено через плату сопряжения с компьютером 22, который управляет температурно-временным ходом микроволнового нагрева спекаемого изделия 5. Компьютер через другую плату сопряжения соединен с источником питания 23, который питает микроволновый источник 1. Таким образом, цепь обратной связи охватывает компоненты устройства для спекания, как это показано на Фиг.1. Специально разработанное программное обеспечение управляет температурно-временным ходом нагрева изделия 5.The temperature in the center and on the surface of the sintered product 5 is measured by two high-temperature thermocouples 16. The heads of the thermocouples are in contact with the corresponding areas of the sintered product 5, and their free ends are connected through electrically isolated leads to the measuring device 17. The measuring device 17 is connected via a computer interface card 22, which controls the temperature-time course of microwave heating of the sintered product 5. The computer is connected to a power source through another interface card 23, which feeds the
Разработанное устройство для спекания керамического изделия с использованием нагрева микроволновым излучением в соответствии с пунктом 1 формулы работает следующим образом.The developed device for sintering a ceramic product using microwave heating in accordance with
Пластина 4 с расположенной на ней заготовкой спекаемого изделия 5 установлены в микроволновой камере 3 для спекания. При подаче микроволнового излучения от источника 1 через линию передачи 2 в камеру 3 нагрев заготовки спекаемого изделия 5 осуществляется за счет объемного поглощения в нем, а также в поглощающей пластине 4 микроволновой энергии. Поскольку пластина 4 изготовлена из материала, коэффициент поглощения микроволнового излучения у которого во всем диапазоне температур процесса спекания значительно больше, чем у материала изделия: γпл>>γизд, а толщина пластины 4 выбрана меньше длины волны микроволнового излучения в вакууме, то, как установлено авторами, на краях пластины 4 имеет место специфическое распределение температуры с максимумом температуры по краю пластины 4. Это явление может быть объяснено тем, что эффекты дифракции электромагнитных волн микроволнового диапазона приводят к усилению электромагнитного поля вблизи краев пластины 4, что в свою очередь вызывает повышенное тепловыделение в этой области, в результате чего в пластине 4 устанавливается распределение температуры с максимумами вблизи ее краев (см. фиг.2). Теплопередача от данной области повышенной температуры к нагреваемой заготовке спекаемого изделия 5, в котором температура на периферии в отсутствии пластины 4, напротив, ниже, чем в центре, приводит к выравниванию распределения температуры в спекаемом изделии 5, что позволяет решить поставленную задачу и проводить однородное качественное спекание керамического изделия в камере 3 предлагаемого устройства.The plate 4 with the billet of the sintered product 5 located on it is installed in the
Разработанное устройство в частных случаях реализации в соответствии с пунктами 2-7 формулы работает следующим образом.The developed device in particular cases of implementation in accordance with paragraphs 2-7 of the formula works as follows.
Заготовка керамического изделия 5 в виде компакта, полученного прессованием смеси порошка, например, Al2O3, с углеродсодержащим связующим до плотности порядка 50% от теоретической плотности, устанавливается на поглощающей пластине 4, изготовленной, например, из спеченного металлокерамического композитного материала Ni-Al2О3 и размещенной на точечных подставках 6 в тепловой изоляции 7, полностью окружающей спекаемое изделие 5 и пластину 4. Поскольку тепловая изоляция 7 изготовлена из пористой окиси алюминия, то поглощение микроволнового излучения в тепловой изоляции 7 существенно меньше, чем в спекаемом изделии 5, и нагрев изделия осуществляется за счет поглощения в нем и в пластине 4 микроволнового излучения. При этом тепловая изоляция 7 уменьшает тепловые потери с поверхности спекаемого изделия 5 и пластины 4, что способствует повышению однородности распределения температуры внутри спекаемого изделия 5.The preparation of a ceramic product 5 in the form of a compact obtained by pressing a mixture of powder, for example, Al 2 O 3 , with a carbon-containing binder to a density of about 50% of theoretical density, is mounted on an absorbing plate 4 made, for example, of a sintered ceramic-metal composite material Ni-Al 2 O 3 and placed on point supports 6 in thermal insulation 7, completely surrounding the sintered product 5 and plate 4. Since thermal insulation 7 is made of porous alumina, the absorption of microwave radiation thermal insulation 7 is significantly less than in the sintered product 5, and the product is heated by absorbing microwave radiation in it and in the plate 4. In this case, thermal insulation 7 reduces heat loss from the surface of the sintered product 5 and plate 4, which helps to increase the uniformity of the temperature distribution inside the sintered product 5.
Выполнение пластины 4 с переменной толщиной, уменьшающейся от краев к центру, позволяет ослабить выравнивание температуры в пластине 4 за счет ее теплопроводности, что обеспечивает более сильный перегрев упомянутой краевой области пластины 4. Этот эффект обеспечивает дополнительное выравнивание температуры в объеме спекаемого изделия 5.The implementation of the plate 4 with a variable thickness, decreasing from the edges to the center, allows to weaken the temperature equalization in the plate 4 due to its thermal conductivity, which provides a stronger overheating of the mentioned edge region of the plate 4. This effect provides additional temperature equalization in the volume of the sintered product 5.
При заполнении камеры 3 воздухом или другим газом и при наличии свободного пространства между пластиной 4 из поглощающего вещества с расположенной на ней заготовкой изделия 5 и внутренней поверхностью камеры 3 или тепловой изоляции 7 происходит передача тепла от сильно нагретой краевой области пластины 4 к заготовке изделия 5 за счет конвекционных потоков воздуха или газа в камере 3. Все это позволяет проводить спекание при однородном распределении температуры в объеме спекаемого изделия 5.When the
Таким образом, разработанное устройство в частных случаях реализации в соответствии с пунктами 2-7 формулы, обеспечивает еще более эффективное выравнивание температуры в объеме спекаемого изделия.Thus, the developed device in particular cases of implementation in accordance with paragraphs 2-7 of the formula, provides even more efficient temperature equalization in the volume of the sintered product.
Для иллюстрации эффекта локального перегрева края пластины 4 приведены результаты эксперимента по нагреву в камере 3 только поглощающей пластины 4 (без заготовки спекаемого образца 5). Пластина 4, изготовленная из кремния, легированного бором, диаметром 76 мм и толщиной 0,4 мм, была установлена на трехточечном кварцевом держателе 6. Электрическая проводимость материала пластины 4 была 0,1 (Ом·см)-1 при комнатной температуре и при нагреве до 600°С возрастала примерно на порядок. Микроволновый нагрев выполнялся в вакууме (10-2 мм рт.ст.). Управление микроволновой мощностью, вводимой в камеру 3, осуществлялось автоматически, используя данные о температуре. Распределение температуры по поверхности пластины 4 регистрировалось при помощи предварительно калиброванной инфракрасной камеры, при этом пространственное разрешение системы измерения температуры составляло не хуже 2 мм, а точность измерения температуры не хуже 2°С.To illustrate the effect of local overheating of the edge of the plate 4, the results of the experiment on heating in the
На Фиг.2 приведена полученная в результате измерений зависимость температуры на поверхности пластины 4 от радиальной координаты. Точка 0 соответствует центру пластины 4. Как видно из чертежа, вблизи краев пластины 4 наблюдается выраженная область с повышенной температурой, при этом разность температур между краем пластины 4 и ее центром достигает 40°С при нагреве до температур порядка 600°С.Figure 2 shows the resulting dependence of the temperature on the surface of the plate 4 from the radial coordinate.
На Фиг.3 приведена фотография кремниевой пластины 4 после эксперимента по микроволновому нагреву, на которой отчетливо видна перегретая область вблизи края пластины 4.Figure 3 shows a photograph of a silicon wafer 4 after a microwave heating experiment, which clearly shows the superheated region near the edge of the wafer 4.
Данное описание предпочтительной реализации изобретения представлено с иллюстративной целью. Оно не является исчерпывающим и не ограничивает изобретение изложенными рамками. При реализации изобретения возможны многочисленные разновидности и модификации. Изобретение ограничивается не данным описанием, а нижеследующей формулой изобретения.This description of a preferred embodiment of the invention is provided for illustrative purposes. It is not exhaustive and does not limit the invention to the scope set forth. When implementing the invention, numerous varieties and modifications are possible. The invention is limited not by this description, but by the following claims.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006136440/09A RU2334376C2 (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Device for baking pottery with use of heating by microwave radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006136440/09A RU2334376C2 (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Device for baking pottery with use of heating by microwave radiation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006136440A RU2006136440A (en) | 2008-04-27 |
| RU2334376C2 true RU2334376C2 (en) | 2008-09-20 |
Family
ID=39452529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006136440/09A RU2334376C2 (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Device for baking pottery with use of heating by microwave radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2334376C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2490114C2 (en) * | 2011-07-15 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of thermal treatment of abrasive tool stuff on organic thermoset binders |
| RU2594894C2 (en) * | 2011-07-15 | 2016-08-20 | Геа Фуд Сольюшнс Бакел Б.В. | Heat treatment device with protected microwave radiometric antenna |
| RU2699761C1 (en) * | 2018-09-06 | 2019-09-10 | Денис Эрнестович Львов | Method of making a part from powder |
-
2006
- 2006-10-17 RU RU2006136440/09A patent/RU2334376C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2490114C2 (en) * | 2011-07-15 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of thermal treatment of abrasive tool stuff on organic thermoset binders |
| RU2594894C2 (en) * | 2011-07-15 | 2016-08-20 | Геа Фуд Сольюшнс Бакел Б.В. | Heat treatment device with protected microwave radiometric antenna |
| RU2699761C1 (en) * | 2018-09-06 | 2019-09-10 | Денис Эрнестович Львов | Method of making a part from powder |
| WO2020050747A1 (en) | 2018-09-06 | 2020-03-12 | Денис Эрнестович ЛЬВОВ | Method for manufacturing a part from powder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006136440A (en) | 2008-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6512216B2 (en) | Microwave processing using highly microwave absorbing powdered material layers | |
| US4963709A (en) | Method and device for microwave sintering large ceramic articles | |
| Ramesh et al. | Use of partially oxidized SiC particle bed for microwave sintering of low loss ceramics | |
| JP2003518473A (en) | Hybrid method for firing ceramics | |
| CA2411114C (en) | Burning furnace, burnt body producing method, and burnt body | |
| JP5162056B2 (en) | An apparatus for heating molded members such as dental ceramic molded members | |
| CN105627760B (en) | A kind of microwave material placing device of high temperature sintering | |
| RU2334376C2 (en) | Device for baking pottery with use of heating by microwave radiation | |
| US6706233B2 (en) | Method for processing ceramics using electromagnetic energy | |
| JP6764926B2 (en) | Methods for heat treatment of surface coatings on metal parts with microwaves | |
| JP7149937B2 (en) | Method of heat treatment of ceramic parts by microwaves | |
| Egorov et al. | Implementation of rapid microwave sintering using a 24 GHz gyrotron system | |
| JP6431121B2 (en) | Method for producing aluminum-scandium alloy | |
| RU2315443C1 (en) | Method for caking a large-sized ceramic product using microwave radiation heating | |
| WO2017073563A1 (en) | Heating member and heating device | |
| CN1101633A (en) | Ceramic injection forming body fast defat method and its apparatus | |
| JPH07114188B2 (en) | Heat treatment method for semiconductor substrate and heat treatment apparatus used therefor | |
| JP2004168575A (en) | Method for sintering ceramic | |
| RU2352540C1 (en) | Device for sintering of ceramic product with application of heating by microwave radiation and application of external pressure | |
| Ikuma et al. | Temperature Profile of Anatase‐TiO2Powder Compact during Microwave Heating | |
| JP6431124B2 (en) | Reduction method of titanium oxide using microwave | |
| JPS63294685A (en) | Microwave heating device | |
| Kimrey et al. | Initial results of a high-power microwave sintering experiment at ORNL | |
| TWI810772B (en) | A fast annealing equipment | |
| JP2005089268A (en) | Method and apparatus for sintering boron carbide ceramic |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081018 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100710 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121018 |