SU989754A1 - Способ нагрева диэлектрического или полупроводникового материала - Google Patents

Description

СПОСОБ НАГРЕВА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ИЛИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относитс  к сверхвысокочастотному и высокочастотному нагреву диэлектрика (полупроводника) и может быть использовано в отрасл х электронной и химической промышленности , в частности, при синтезе ферритов , нагреве изделий из ферритов или других диэлектриков, электропроводность которых увеличиваетс  в процессе нагрева.

Известны методы диэлектрического и индукционного нагрева. К области индукционного нагрева относ тс   влени , св занные с использованием высокочастотных магнитных полей при нагреве объектов из электропровод щих материалов за счет индуктированных в них токов. К области диэлектрического нагрева относитс  нагрев объектов из плохо электропровод щих материалов в высокочастотных электрических пол х за счет  влений пол ризации , сопровождающихс  поглощением энергии С 1 3 .

Недостатком высокочастотных ме- тодов нагрева диэлектриков  вл етс  необходимость значительного количества электроэнергии дл .нагрева единицы объема диэлектрика, пропорционального проводимости на переменном токе, что ограничивает широкое внедрение в промышленность диэлектрического на- ,

10 грева.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ нагрева диэлектрических или полупроводниковых материалов, при

15 котором производ т предварительный нагрев материала и затем нагрев высокочастотным электромагнитным полемС2 1, Недостатком данного способа комбинированного нагрева  вл етс  то, что

° при применении обычных источников тепла дл  предварительного нагрева 1массивных материалов или значительного . количества порошкообразных диэлектри39 ков (например дл  ускорени  химических реакций при синтезе ферритов или других химических соединений методом смешений порошкообразных компонент) больша  часть технологического време ни тратитс  на предварительный нагре При этом имеет место неравномерный нагрев материала по объему. Указанные недостатки обусловлены плохой теплопроводностью диэлектриков и плохим тепловым контактом в порошкообразных материалах и тем, что тепло при этих методах передаетс  к центру материала Цель изобретени  - повышение производительности и равномерности нагрева . Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу предварительный нагрев производ т энергией СВЧ, а глу бину проникновени  электромагнитной волны при обоих видах нагрева выбираю не менее размеров нагреваемого материала . Обоснование предлагаемого способа вытекает из рассмотрени  температурной и частотной зависимости проводимости диэлектрика на переменном токе Проводимость диэлектрика-полупроводника на переменном токе (jj в общем случае определ етс  не .завис щей от частоты величиной сквозной проводиМОСТИ на посто нном токе бо и величиной диэлектрических потерь обусловленной процессами пол ризации и.завис щими от частоты юе . (jo o- TJ-- O S Отсюда следует, если сквозна  проводимость мала по сравнению с проводимостью , обусловленной процессами пол ризации (ep«(g.ii), то при увеличении частоты эффективность преобразовани  электромагнитной энергии возр )астает. Если проводимость на переменном токе, в основном, определ етс  проводимостью на посто нном токе {йо(р||), то эффективность преобра зовани  электромагнитной энергии от частоты не зависит. Электропроводность диэлектриков и полупроводников на посто нном токе возрастает при увеличении температуры по экспоненциальному закону (-E/kT). Хот  в некоторых случа х § также зависит от частоты (например в случа . рч дебаевских потерь . большинстве случаев потери, обусловлс ные с процессами пол ризации, возрастают с увеличением частоты eg где ,8-1,0, Часть проводимости, обусловленна  процессами пол ризации, или не зависит от температуры, или возрастает пропорционально температуре . Такие температурна  и частотна  зависимости двух частей проводимости на переменном токе привод т к тому, что, начина  с некоторой определенной температуры , проводимость на переменном токе определ етс  значением проводимости на посто нном токе и не зависит рт частоты. При СВЧ нагрева благодар  равномерному распределению электромагнитного пол  нагрев диэлектрика по объему будет равномерным. Способ предлагаетс  примен ть дл  нагрева диэлектриков, проводимость которых растет с температурой . Св занное с этим возрастание эффективности преобразовани  энергии СВЧ в тепло, а также уменьшение времени технологического цикла позвол ют сократить затраты электроэнергии на единицу выпускаемой продукции. Глубина проникновени  электромагнитной волны в материал должна определ тьс  из выражени  дли металлов )T () Уменьшением глубины проникновени  СВЧ волны при высоких температурах обусловлена неравномерность нагрева шихты в СВЧ камере, наличие областей оплавлени  шихты в центре тигл  и непрореагировавших частей на краю тигл . Така  неравномерность нагрева объ сн етс .следующим образом. Даже при равномерном поглощении СВЧ энергии из-за теплоотвода температура в центре тигл  всегда немного выше, чем на кра х. Когда температура шихты превысит , диэлектрик в центре тигл  имеет более высокую проводимость, соответственно более высокую эффективность преобразовани  СВЧ энергии в тепло, чем на кра х. Тогда область в центре тигл  избирательно поглощает СВЧ энергию и при дальнейшем повышении температуры объем этой области умень59 шаетс  из-за уменьшени  глубины проникновени  СВЧ волны в диэлектрик. И температура, в этом объеме быстро увеличиваетс , достига  температуры плавлени  шихты. Пример. Допустим, что нужно нагреть диэлектрик с диаметром 90 мм и длиной 90 мм до 1200°С. Электропроводность диэлектрика при разных температурах и частотах мен етс . Предлагаемым способом нужно нагрет диэлектрик до 250-&00°С энергией СВЧ 2,1 ГГц, а от 250-600°С до энергией электромагнитных колебаний с частотой 0,1МГц. При указанных услови х глубина проникновени  а 3 или более раз превышает размеры нагреваемого диэлектрика, обеспечива  равномерный нагрев. Предлагаемый способ может быть осуществлен на установке, состо щей из СВЧ и высокочастотной печей и уст ройства (например конвейерной линии) дл  перемещени  нагреваемого диэлект рика из СВЧ печи в высокочастотную печь. В качестве СВЧ печи может быть использована, например, печь типа Электроника, в качестве высокочастотной печи - установки индукционног или диэлектрического нагрева. Применение СВЧ нагрева вместо обы ных источников тепла позвол ет умень ить врем  предварительного нагрева и длительность технологического процесса , не менее 100 мин, увеличивает производительность труда более чем в 2 раза, уменьшает расход электроэнергии -на единицу веса нагреваемого диэлектрика до 29 . Формуле изобретени  Способ нагрева диэлектрического или полупроводникового материала при котором производ т предварительный нагрев материала и затем нагрев высокочастотным электромагнитным полем, отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительности и равномерности нагрева, предварительный нагрев производ т энергией СВЧ, а глубину проникновени  электромагнитной волны при обоих видах нагрева выбирают не менее размеров нагреваемого материала. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Высокочастотна  электротерми . Под ред. В.Донской, Машиностроение М965, C.19V209. 2.Авторское свидетельство СССР № 91027. кл. Н 05 В 9/00, 1950.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ нагрева диэлектрического или полупроводникового материала, при котором производят предварительный нагрев материала и затем нагрев высокочастотным электромагнитным полем, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и равномерности нагрева, предварительный нагрев производят энергией СВЧ, а глубину проникновения электромагнитной волны при обоих видах нагрева выбирают не менее размеров нагреваемого материала.