WO1993009647A1 - Vorrichtung zur mikrowellen-bestrahlung von materialien - Google Patents

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WO1993009647A1
WO1993009647A1 PCT/EP1992/002537 EP9202537W WO9309647A1 WO 1993009647 A1 WO1993009647 A1 WO 1993009647A1 EP 9202537 W EP9202537 W EP 9202537W WO 9309647 A1 WO9309647 A1 WO 9309647A1
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microwave
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tube
wall
materials
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PCT/EP1992/002537
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Bernd Warmbier
Hartmut Riedel
Werner Lautenschläger
Original Assignee
Oscar Gossler Kg (Gmbh & Co.)
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/78—Arrangements for continuous movement of material
    • H05B6/784—Arrangements for continuous movement of material wherein the material is moved using a tubular transport line, e.g. screw transport systems
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/78—Arrangements for continuous movement of material

Definitions

  • the invention relates to a device for microwave irradiation of materials according to the preamble of claim 1 or 2.
  • DE-OS 32 24 114 such a device is known, which is used for heating liquids and in particular for cracking waste oil, which flows through pipes including a cracking tube made of oxide ceramics or similar, non-polar substances and by microwave radiation up to temperatures heated from about 700 ° C and is fractionated. To generate the microwave radiation, a number of so-called power packs are arranged along the cracking tube.
  • This known device is disadvantageous in that its possible uses are limited to the heating of polar liquids by directly irradiating them with the microwaves and a change in the heating of the liquid cannot be carried out without a corresponding change in its radiation exposure.
  • a plurality of antennas are provided in the form of transversely extending rods.
  • layers of material are arranged one above the other in the exposure chamber, of which the upper layer consists of a microwave-absorbing material, while the lower layer consists of a dielectric material such as pyrocerane. It is the purpose of the
  • the invention has for its object to be able to adjust the heating and radiation exposure of microwave-treated materials independently of each other.
  • the devices according to the invention make it possible to achieve any desired ratio of the portion of the microwave radiation and the remaining portion of the microwave radiation that is used for heating the same (claim 1) or for heating the additional material (claim 2) and thus for indirectly heating the material to be treated. adjust the wall and / or the portion penetrating and entering the material to be treated along the direction of passage.
  • the third parameter is the changeable one
  • Radiant power of the microwaves generated by the respective generator It is possible, for example, to heat both polar and non-polar materials more strongly by increasing the radiation power and the microwave absorption through the wall, and by appropriately matching these two parameters to achieve that the wall corresponding to the increase in radiation power, i.e. more absorbed to the extent that as a further parameter the one passing through it
  • the microwave absorption properties of the wall can be changed both by the choice of the microwave absorption capacity determined by the material composition of the wall and, in the case of a microwave-absorbing wall, by its thickness.
  • the possibility of deliberately changing the ratio of the heating to the radiation exposure is advantageous in that, according to the latest findings, structural changes in materials are caused by microwave radiation and thus chemical processes are optimized by appropriate selection of the ratio of the heating to radiation exposure mentioned, and materials in particular are optimized with regard to their molecular and / or crystal structure can be changed.
  • the device according to the invention is therefore also particularly suitable for the production of insulators, semiconductors, cermets, superconductors and other components, the properties of which can be influenced by changing their crystal structure.
  • microwave-permeable walls it is possible to change the structure of non-polar materials without and that of polar materials with simultaneous heating, while a wall with a correspondingly high microwave absorption capacity and possibly a correspondingly large wall thickness can heat both polar and non-polar materials without structural changes enables.
  • Structural changes with simultaneous heating can be carried out in a precisely coordinated ratio when using walls which are permeable or partially absorbent in the microwave part and, if necessary, corresponding wall thicknesses by means of microwaves of corresponding radiation power on polar and non-polar materials.
  • a device upstream of the conveyor line is provided according to claim 2, by means of which the materials additional materials with high Microwave absorptivity can be added to achieve direct heating thereof. If separation is possible, these additional materials can be removed after the microwave irradiation has ended.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the first embodiment of the device according to the invention for performing a chemical conversion of a material
  • Fig. 2 is a schematic representation of the second embodiment of the device according to the invention for producing ceramic components.
  • the device according to FIG. 1 comprises a conveyor section defined by a tube 1, a conveyor track rotatably mounted in the tube and rotatable by a drive, not shown
  • Transport screw 2 several, for example, three generators 3.1, 3.2 and 3.3 of conventional design and controllable power for generating microwave Rays 4.1, 4.2 and 4.3 as well as a resonator 5 of likewise conventional construction, which is designed as a metal chamber surrounding the tube 1 in places and serves to reduce the intensity and density of the microwaves 4.1 generated by the generators 3.1-3.3 and fed in by waveguides, not shown -4.3 and to prevent the same from escaping to the outside.
  • the device further comprises sensors for controlling the method, such as temperature sensors 6 (only one of which is shown) for measuring the temperature of the tube 1.
  • the tube 1 is made entirely of ceramic with an additive made of an electrically and / or magnetically conductive substance (for example C, SiC, metal, etc.), the percentage of which changes in such a way that the tube has a microwave absorption capacity, which is above its length changes gradually: the tube sections assigned to the two end regions of the resonator 5 and characterized by wide hatching are almost completely microwave-permeable, while the tube section assigned to the central region absorbs microwaves with narrow hatching. To increase the microwave absorption, the middle tube section may have a greater wall thickness than the adjacent tube sections.
  • an electrically and / or magnetically conductive substance for example C, SiC, metal, etc.
  • the device according to FIG. 1 can be used to carry out a chemical process with the targeted implementation of, for example, a polar material 7 which, for example, is to be heated to different temperatures in the three successive tube sections with constant radiation exposure.
  • the material 7 is fed to the tube 1 in the form of granules, not shown, and is transported through the tube sections in the region of the resonator 5 in the transport direction 8 by means of the rotating transport screw 2. It first reaches the tube section in the left-hand region (in FIG. 1) of the resonator 5 and is directly heated there by the microwave radiation 4.1 generated by the generator 3.1 and passing almost completely through the tube wall until its melting temperature is reached.
  • the material 7 is exposed to a radiation load corresponding to the power of the microwave radiation 4.1.
  • the material 7 cools in this third tube section with the same radiation load until the melting temperature is reached.
  • a more uniform heating of the material 7 can be achieved by using a screw conveyor 2 consisting of a microwave-absorbing substance.
  • the device according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 by using a tube which is composed of several (eg three) separate tube sections 9.1, 9.2 and 9.3, a resonator which also consists of several sections 10.1 to 10.3 and one the conventional extruder 11 (only indicated) upstream of the pipe 9.1 to 9.3 instead of the transport screw located in the pipe.
  • a tube which is composed of several (eg three) separate tube sections 9.1, 9.2 and 9.3
  • a resonator which also consists of several sections 10.1 to 10.3 and one the conventional extruder 11 (only indicated) upstream of the pipe 9.1 to 9.3 instead of the transport screw located in the pipe.
  • One of the generators 3.1-3.3 according to FIG. 1 is assigned to each pipe section 9.1-9.3 and each resonator section 10.1-10.3.
  • the tube wall of the middle tube section 9.2 consists of almost completely microwave-permeable ceramic, while the two adjacent tube sections 9.1 and 9.3 have a corresponding microwave absorption capacity due to the addition of, for example, carbon or silicon carbide (SiC). If necessary. the wall thickness and thus the microwave absorption can be increased.
  • SiC silicon carbide
  • the device according to FIG. 2 can be used for the production of components from ceramic materials with a crystal structure which is influenced by microwave radiation.
  • an imageable mixture 12 of the starting materials of these ceramic materials is fed to the extruder 11 through a funnel opening 13 and transported through the pipe 9.1-9.3 in the transport direction 8 by its screw conveyor.
  • the mixture 12 first reaches the pipe section 9.1 adjacent to the extruder 11 and is heated there to a temperature above the crystallization point by the pipe wall, which is heated by the portion of the microwave radiation 14.1 generated by the generator 3.1. of the ceramic material.
  • the portion of the microwave radiation 14.1 passing through the tube wall has the same, specific power which is required for influencing the crystal structure in a desired manner as the entire microwave radiation 14.2 generated by the subsequent generator 3.2.
  • the mixture 12 is cooled due to its non-polar property and thus its crystallization. This is influenced in the desired manner by the microwave radiation 14.2 generated by the generator 3.2 with a lower power, which is almost completely penetrated by the microwave-permeable tube wall.
  • the radiation exposure of the mixture 12 is the same as in the previous pipe section 9.1.
  • the mixture 12 is heated and burned to the firing temperature by means of the microwave radiation 14.3 generated by the generator 3.3 and correspondingly higher power.
  • the heating takes place indirectly through the tube wall, the microwave absorption capacity and possibly wall thickness is set so that the radiation portion absorbed by it is sufficient to achieve the firing temperature and the remaining radiation portion has the same radiation exposure of the mixture 12 as in the two preceding tube sections 9.1 and 9.2 evokes.
  • the power of the generator 3.3 is greater than that of the generator 3.1, while the generator 3.2 has the smallest power which determines the radiation exposure of the mixture 12.
  • the excess power of the two generators 3.1 and 3.3 serves to heat the mixture 12 up to the respective temperature. After the fire has ended, the finished ceramic material is expelled as an endless strand 15 from the free end of the pipe section 9.3.
  • the device according to the invention can of course also be used to treat materials of a consistency other than that described so far, for example in liquid or suspended form by means of appropriate conveying means, such as rotating pipes, conveyor belts, etc.
  • the microwaves can also be pulsed in order to influence the structure of the materials.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mikrowellen-Bestrahlung von Materialien, insbesondere der Ausgangsstoffe für keramische Materialien, Legierungen usw., mit einer Förderstrecke, die zumindest streckenweise durch eine Rinnen- oder Rohranordnung definiert ist, deren Wandung ein bestimmtes Mikrowellen-Absorptionsvermögen aufweist, mit einem die Wandung zumindest streckenweise umgebenden Resonator sowie wenistens einem Generator zum Erzeugen der Mikrowellen-Strahlung. Um die Erwärmung und die Strahlenbelastung mikrowellenbehandelter Materialien unabhängig voneinander einstellen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Wandung der Rinnen- oder Rohranordnung (1;9.1-9.3) über ihre Länge unterschiedliche Mikrowellen-Absorptionseigenschaften aufweist.

Description

Vorrichtung zur Mikrowellen-Bestrahlung von Materialien
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mikrowellen-Bestrahlung von Materialien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.
Aus der DE-OS 32 24 114 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, die zum Erwärmen von Flüssigkeiten und insbesondere zum Cracken von Altöl dient, das durch Rohrleitungen einschließlich eines Crackrohres aus Oxydkeramik oder aus ähnlichen, unpolaren Stoffen strömt und durch Mikrowellen-Bestrahlung bis zu Temperaturen von etwa 700°C erwärmt und dabei fraktioniert wird. Zur Erzeugung der Mikrowellen- Strahlung ist eine Anzahl von sogenannten Kraftpaketen längs des Crackrohres angeordnet.
Diese bekannte Vorrichtung ist insofern nachteilig, als ihre Einsatzmöglichkeiten sich auf die Erwärmung von polaren Flüssigkeiten durch direkte Bestrahlung derselben mit den Mikrowellen beschränken und eine Änderung der Erwärmung der Flüssigkeit ohne entsprechende Änderung ihrer Strahlungsbelastung nicht durchgeführt werden kann.
In der US 3 805 009 ist ein Gerät zur Beaufschlagung von Lebensmitteln mit Mikrowellen während des Bratens in einem Ölbad beschrieben. Bei diesem vorbekannten Gerät werden die Lebensmittel auf einem horizontal umlaufenden
Transportband unter einer Mikrowellenbeaufschlagungskammer durch die vorhandene
Heizzone gefördert. Im mittleren Bereich der Beaufschlagungskammer sind eine
Mehrzahl Antennen in Form von sich quer erstreckenden Stangen vorgesehen. Vor und hinter den Antennen sind in der Beaufschlagungskammer jeweils übereinander angeordnete Materialschichten angeordnet, von denen die obere Schicht aus einem mikrowellenabsorbierenden Material besteht, während die untere Schicht aus einem dielektrischen Material wie Pyroceran besteht. Es ist der Zweck der
Schichtanordnungen, die Mikrowellenbeaufschlagung der Lebensmittel zu reduzieren bzw. zu begrenzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erwärmung und die Strahlungsbelastung mikrowellenbehandelter Materialien unabhängig voneinander einstellen zu können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ermöglichen es, jedes gewünschte Verhältnis des von der Wandung absorbierten, zur Erwärmung derselben (Anspruch 1) oder zur Erwärmung des Zusatzmaterials (Anspruch 2) und damit zur indirekten Erwärmung des zu behandelnden Materials dienenden Anteils der Mikrowellen-Strahlung und des verbleibenden, die Wandung und/oder das Zusatzmaterial durchdringenden und in das zu behandelnde Material eintretenden Anteils längs der Durchgangsrichtung einzustellen.
Damit stehen zwei Parameter zur Verfügung, die in Verbindung mit einem dritten Parameter durch entsprechende gegenseitige Abstimmung die gezielte Einstellung der
Erwärmung und der Strahlungsbelastung von mikrowellenbehandelten Materialen unabhängig voneinander ermöglichen. Der dritte Parameter ist die veränderbare
Strahlungsleistung der vom jeweiligen Generator erzeugten Mikrowellen. So ist es etwa möglich, sowohl polare als auch unpolare Materialien durch Erhöhung der Strahlungsleistung sowie der Mikrowellenabsorption durch die Wandung stärker zu erwärmen und durch entsprechende Abstimmung dieser beiden Parameter zu erreichen, daß die Wandung entsprechend der Anhebung der Strahlungsleistung, d.h. in dem Maße stärker absorbiert, daß als weiterer Parameter der durch sie hindurchtretende
Strahlungsanteil und damit die Strahlungsbelastung des Materials unverändert bleiben. In entsprechender Weise kann die Strahlungsbelastung bei Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur verändert werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, die
Erwärmung und die Strahlungsbelastung gleichzeitig in gezielter Weise zu verändern.
Die Mikrowellen-Absorptionseigenschaften der Wandung sind sowohl durch Wahl des durch die stoffliche Zusammensetzung der Wandung bestimmten Mikrowellen- Absorptionsvermögens als auch im Fall einer mikrowellenabsorbierenden Wandung durch deren Dicke veränderbar.
Die Möglichkeit der gezielten Veränderung des Verhältnisses der Erwärmung zur Strahlungsbelastung ist insofern vorteilhaft, als nach neuesten Erkenntnissen Strukturveränderungen von Materialien durch Mikrowellen-Bestrahlung hervorgerufen werden und somit durch entsprechende Wahl des genannten Verhältnisses der Erwärmung zur Strahlungsbelastung chemische Vorgänge optimiert und insbesondere Materialien hinsichtlich ihrer Molekular- und/oder Kristallstruktur verändert werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich deshalb auch vorzüglich zur Herstellung von Isolatoren, Halbleitern, Cermets, Supraleitern und anderen Bauteilen, deren Eigenschaften durch Änderung ihrer Kristallstruktur beeinflußt werden können. Beispielsweise ist es durch Verwendung von mikrowellendurchlässigen Wandungen möglich, die Struktur unpolarer Materialien ohne und diejenige polarer Materialien mit gleichzeitiger Erwärmung zu verändern, während eine Wandung mit entsprechend hohem Mikrowellen-Absorptionsvermögen und ggfs. entsprechend großer Wandungsdicke eine Erwärmung sowohl polarer als auch unpolarer Materialien ohne Strukturveränderungen ermöglicht. Strukturveränderungen bei gleichzeitiger Erwärmung können im genau abgestimmten Verhältnis bei Verwendung entsprechend mikrowellenteildurchlässiger bzw. -teilabsorbierender Wandungen und ggfs. entsprechender Wandungsdicken mittels Mikrowellen entsprechender Strahlungsleistung an polaren und unpolaren Materialien durchgeführt werden.
Für den Fall, daß unpolare Materialien zu erwärmen und beispielsweise gleichzeitig mit höchster Intensität mit Mikrowellen zu bestrahlen sind und deshalb eine nahezu völlig mikrowellendurchlässige Wandung verwendet wird, ist gemäß Anspruch 2 der Erfindung eine der Förderstrecke vorgeschaltete Einrichtung vorgesehen, mittels der den Materialien Zusatzmaterialien mit hohem Mikrowellen-Absorptionsvermögen hinzugefügt werden können, um eine direkte Erwärmung derselben zu erreichen. Falls eine Trennung möglich ist, können diese Zusatzmaterialien nach beendeter Mikrowellenbestrahlung entfernt werden.
Nachstehend ist die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung einer chemischen Umsetzung eines Materials, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von keramischen Bauteilen.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt eine durch ein Rohr 1 definierte Förderstrecke, eine im Rohr drehbar gelagerte, durch einen nicht gezeigten Antrieb drehbare
Transportschnecke 2, mehrere beispielsweise drei Generatoren 3.1 , 3.2 und 3.3 von herkömmlicher Bauweise und regelbarer Leistung zur Erzeugung von Mikrowellen- Strahlen 4.1, 4.2 und 4.3 sowie einen Resonator 5 von ebenfalls herkömmlicher Bauweise, der als eine das Rohr 1 streckenweise umgebende Metallkammer ausgebildet ist und dazu dient, die Intensität und Dichte der von den Generatoren 3.1-3.3 erzeugten und durch nicht gezeigte Hohlleiter eingespeisten Mikrowellen 4.1-4.3 zu erhöhen sowie einen Austritt derselben nach außen zu verhindern. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin Sensoren zur Steuerung des Verfahrens, wie beispielsweise Temperatursensoren 6 (von denen nur einer dargestellt ist) zum Messen der Temperatur des Rohres 1.
Das Rohr 1 besteht insgesamt aus Keramik mit einem Zusatz aus einer elektrisch und/oder magnetisch leitfähigen Substanz (z.B. C, SiC, Metall usw.), deren %-Anteil sich derart ändert, daß das Rohr ein Mikrowellen-Absorptionsvermögen aufweist, welches sich über seine Länge graduell ändert: die den beiden Endbereichen des Resonators 5 zugeordneten, durch weite Schraffur gekennzeichneten Rohrabschnitte sind nahezu völlig mikrowellendurchlässig, während der dem mittleren Bereich zugeordnete Rohrabschnitt mit enger Schraffur Mikrowellen absorbiert. Zur Erhöhung der Mikrowellenabsorption kann der mittlere Rohrabschnitt ggfs. eine größere Wandungsdicke als die benachbarten Rohrabschnitte aufweisen.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann zur Durchführung eines chemischen Vorgangs mit gezielter Umsetzung eines z.B. polaren Materials 7 eingesetzt werden, das beispielsweise in den drei aufeinanderfolgenden Rohrabschnitten bei konstanter Strahlungsbelastung auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt werden soll. Das Material 7 wird als Granulat in nicht gezeigter Weise dem Rohr 1 zugeführt und mittels der sich drehenden Transportschnecke 2 in Transportrichtung 8 durch die Rohrabschnitte im Bereich des Resonators 5 transportiert. Dabei gelangt es zunächst in den Rohrabschnitt im linken Bereich (in Fig. 1) des Resonators 5 und wird dort durch die vom Generator 3.1 erzeugten und nahezu vollständig durch die Rohrwandung hindurchtretenden Mikrowellen-Strahlung 4.1 direkt erwärmt, bis seine Schmelztemperatur erreicht ist. Dabei ist das Material 7 einer der Leistung der Mikrowellen-Strahlung 4.1 entsprechenden Strahlungsbelastung ausgesetzt. Im folgenden, im mittleren Bereich des Resonators 5 befindlichen Rohrabschnitt erfolgt eine weitere Erwärmung des Materials 7 mittels der mit entsprechend höherer Leistung im Vergleich zum Generator 3.1 vom Generator 3.2 erzeugten Mikrowellen-Strahlung 4.2. Die Rohrwandung weist ein derart auf diese höhere Strahlungsleistung abgestimmtes Mikrowellen-Absorptionsvermögen (ggfs. auch Wandungsdicke) auf, daß sie den gleichen Strahlungsanteil wie die Rohrwandung im vorhergehenden Rohrabschnitt durchtreten läßt und somit die gleiche Strahlungsbelastung und die gleiche direkte Erwärmung des Materials 7 hervorruft. Der verbleibende, von der Rohrwandung absorbierte und diese erhitzende Strahlungsanteil verursacht die weitere Erwärmung des Materials 7 bis zu der für dessen Umsetzung erforderlichen Temperatur- Nach beendeter Umsetzung gelangt das Material 7 in den nachfolgenden, dritten Rohrabschnitt. Da die Mikrowellen-Absorptionseigenschaften der Wandung dieses Rohrabschnitts und die Leistung des zugeordneten Generators 3.3 die gleichen wie im ersten, dem Generator 3.1 zugeordneten Rohrabschnitt sind, kühlt sich das Material 7 in diesem dritten Rohrabschnitt bei gleicher Strahlungsbelastung bis zum Erreichen der Schmelztemperatur ab. Eine gleichmäßigere Erwärmung des Materials 7 kann durch Verwendung einer aus einer mikrowellen-absorbierenden Substanz bestehenden Förderschnecke 2 erzielt werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 durch Verwendung eines Rohres, das aus mehreren (z.B. drei) getrennten Rohrabschnitten 9.1, 9.2 und 9.3 zusammengesetzt ist, eines Resonators, der ebenfalls aus mehreren Abschnitten 10.1 bis 10.3 besteht und eines dem Rohr 9.1 bis 9.3 vorgeschalteten, herkömmlichen Extruders 11 (nur angedeutet) anstelle der im Rohr befindlichen Transportschnecke. Jedem Rohrabschnitt 9.1-9.3 und jedem Resonatorabschnitt 10.1- 10.3 ist je einer der Generatoren 3.1-3.3 nach Fig. 1 zugeordnet.
Die Rohrwandung des mittleren Rohrabschnitts 9.2 besteht aus nahezu völlig mikrowellendurchlässiger Keramik, während die beiden benachbarten Rohrabschnitte 9.1 und 9.3 durch Zusatz von beispielsweise Kohlenstoff oder Siliciumcarbid (SiC) ein entsprechendes Mikrowellen- Absorptionsvermögen aufweisen. Ggfs. kann die Wandungsdicke und damit die Mikrowellenabsorption erhöht werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 kann zur Herstellung von Bauteilen aus keramischen Materialien mit einer durch Mikrowellen-Bestrahlung bestimmter Leistung beeinflußten Kristallstruktur eingesetzt werden. Zu diesem Zweck wird ein bildsames Gemisch 12 der Ausgangsstoffe dieser keramischen Materialien durch eine Trichteröffnung 13 dem Extruder 11 zugeführt und durch dessen Förderschnecke durch das Rohr 9.1-9.3 in Transportrichtung 8 transportiert. Dabei gelangt das Gemisch 12 zunächst in den dem Extruder 11 benachbarten Rohrabschnitt 9.1 und wird dort durch die Rohrwandung, die durch den von ihr absorbierten Anteil der vom Generator 3.1 erzeugten Mikrowellen- Strahlung 14.1 erhitzt ist, auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb des Kristallationspunktes. des keramischen Materials liegt. Ein verbleibender, durch die Rohrwandung hindurchtretender Anteil der Mikrowellen-Strahlung 14.1 weist infolge entsprechender Einstellung des Generators 3.1 die gleiche, bestimmte und zur gewünschten Beeinflussung der Kristallstruktur erforderliche Leistung wie die gesamte, vom nachfolgenden Generator 3.2 erzeugte Mikrowellen-Strahlung 14.2 auf. Im anschließenden Rohrabschnitt 9.2 erfolgt eine Abkühlung des Gemischs 12 aufgrund seiner unpolaren Eigenschaft und damit seine Kristallisation. Diese wird durch die vom Generator 3.2 mit geringerer Leistung erzeugte, nahezu vollständig durch die mikrowellendurchlässige Rohrwandung hindufchtretende Mikrowellen-Strahlung 14.2 in der gewünschten Weise beeinflußt. Dabei ist die Strahlungsbelastung des Gemischs 12 die gleiche wie im vorhergehenden Rohrabschnitt 9.1. Im nachfolgenden Rohrabschnitt 9.3, der eine größere Länge als der erste Rohrabschnitt 9.1 aufweist, wird das Gemisch 12 mittels der vom Generator 3.3 erzeugten Mikrowellen-Strahlung 14.3 entsprechend höherer Leistung bis zur Brenntemperatur erwärmt und gebrannt. Die Erwärmung erfolgt indirekt durch die Rohrwandung, deren Mikrowellen-Absorptionsvermögen und ggfs. Wandungsdicke so eingestellt ist, daß der von ihr absorbierte Strahlungsanteil zur Erzielung der Brenntemperatur ausreicht und der verbleibende Strahlungsanteil die gleiche Strahlungsbelastung des Gemischs 12 wie in den beiden vorhergehenden Rohrabschnitten 9.1 und 9.2 hervorruft. Dementsprechend ist die Leistung des Generators 3.3 größer als diejenige des Generators 3.1, während der Generator 3.2 die kleinste, die Strahlungsbelastung des Gemischs 12 bestimmende Leistung aufweist. Die Leistungsüberschüsse der beiden Generatoren 3.1 und 3.3 dienen zur Erwärmung des Gemischs 12 bis zur jeweiligen Temperatur. Nach Abschluß des Brandes wird das fertiggestellte Keramikmaterial als Endlosstrang 15 aus dem freien Ende des Rohrabschnitts 9.3 ausgestoßen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können selbstverständlich auch Materialien anderer als der bisher beschriebenen Konsistenz, beispielsweise in flüssiger oder suspendierter Form mittels entsprechender Fördermittel, wie beispielsweise drehende Rohre, Förderbänder etc. behandelt werden. Die Mikrowellen können zwecks Beeinflussung der Struktur der Materialien auch gepulst werden.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Mikrowellen-Bestrahlung von Materialien, insbesondere der Ausgangsstoffe für keramische Materialien und Legierungen, mit einer eine Förderstrecke definierenden Rinnen- oder Rohranordnung, deren Wandung ein bestimmtes Mikrowellen-Absorptionsvermögen aufweist, mit einem die Wandung zumindest streckenweise umgebenden Resonator sowie wenigstens einem Generator zum Erzeugen der Mikrowellen-Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Rinnen-oder Rohranordnung (1.9.1 bis 9.3) über ihre Länge sich stetig oder stufenweise oder jeweils einstufig ändernde Mikrowellen- Absorptionseigenschaften aufweist.
2. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks direkter Erwärmung von Materialien mit der Mikrowelle eine der Förderstrecke vorgeschaltete Einrichtung zum Zuführen von Zusatzmaterialien mit hohem Mikrowellen-Absorptionsvermögen zum Material vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen- oder Rohranordnung (1;9.1 bis 9.3) horizontal angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung eine unterschiedliche stoffliche Zusammensetzung aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung eine unterschiedliche Dicke aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Generator (3.1 bis 3.3) erzeugte Mikrowellen-Strahlung veränderlich ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Generator (3.1 bis 3.3) erzeugte Mikrowellen-Strahlung über die Länge der Rinnen- oder Rohranordnung (1;9.1 bis 9.3) so veränderlich ist, daß die sich in der Rinne- oder Rohranordnung einstellende Temperatur konstant ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Temperatursensoren (6) zum Messen der Temperatur der Rinnen- oder Rohranordnung (1;9.1 bis 9.3) vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ϊtohranordnung (1;9.1 bis 9.3) aus Keramik mit einem Zusatz aus einer elektrisch und/oder magnetisch leitfähigen Substanz besteht, insbesondere Kohlenstoff, Siliciumcarbid oder Metall.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen- oder Rohranordnung (1;9.1 bis 9.3) im mittleren Bereich Mikrowellen absorbiert und in den sich vor und hinter diesem mittleren Bereich befindlichen Bereichen nahezu völlig mikrowellendurchlässig ist.
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen- oder Rohranordnung (1;9.1 bis 9.3) im mittleren Bereich eine größere Wandungsdϊcke aufweist als in den übrigen Bereichen.
12. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise drei Generatoren (3.1 bis 3.3) über die Länge der Rinnen¬ oder Rohranordnung (1;9.1 bis 9.3) hintereinanderliegend angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsleistung der Generatoren (3.1 bis 3.3) unterschiedlich ist.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen- oder Rohranordnung (1;9.1 bis 9.3) aus mehreren, insbesondere drei getrennten Rohrabschnitten zusammengesetzt ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Rohrabschnitt (9.2) aus mikrowellendurchlässiger Keramik besteht, während die beiden benachbarten Rohrabschnitte (9.1, 9.3) ein Mikrowellen- Absorptionsvermögen aufweisen.
16. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Rinnen- oder Rohrabschnitt (9.1 bis 9.3) ein Generator (3.1 bis 3.3) zugeordnet ist.
17. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rinnen- oder Rohranordnung (1.9.1 bis 9.3) eine drehbare Transportschnecke (2) angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportschnecke (2) aus mikrowellen-absorbierendem Material besteht.
19. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rinnen- oder Rohranordnung ein Extruder (11) vorgeordnet ist.
PCT/EP1992/002537 1991-11-05 1992-11-05 Vorrichtung zur mikrowellen-bestrahlung von materialien WO1993009647A1 (de)

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