专利名称：一种连续微波烧结炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微波烧结陶瓷技术，特别提供了一种可连续进行陶瓷烧结的微波加热装置。
陶瓷，以其优异的力学、化学和多种独特的物理性能，成为现代材料工业的一个重要组成部分，广泛应用于国民经济和国防的各个领域。与常规烧结技术相比，微波烧结工艺能大幅度降低陶瓷的烧结温度、缩短烧结时间、提高成品率、均匀细化陶瓷显微组织、提高材料性能、降低能耗等优势。九十年代中期非连续的微波烧结装置已实现了商业化。但是由于已有的微波烧结装置不能像常规窑炉一样进行连续生产，再加上大功率微波加热装置的一次性投入较大，使得微波烧结装置至今未能在工业生产中得到大规模的应用。
本实用新型的目的在于提供一种可以像常规窑炉一样进行陶瓷的连续烧结的装置，通过微波与常规电加热技术的复合，使得整个装置既能充分发挥微波烧结陶瓷的省时、节能等特点，又能提高对微波能量的利用率，降低整套装置的成本，具有高效、低成本的特点，除适用于高性能陶瓷件的烧结外，还可用于陶瓷件的焊接、热处理、高纯超细陶瓷及金属粉体的合成、催化剂的制备与活化、废弃物的解毒再生、以及高分子材料的合成与改性。
本实用新型提供了一种连续微波烧结炉，其特征在于该微波烧结炉依次由常规电加热窑炉预热段(1)、微波加热段(2)、常规电加热控温冷却段(3)组成；在微波加热段(2)窑炉炉体的底部接有一微波加热腔(21)，微波加热腔(21)中置有一水平旋转垂直移动的传动机构(22)，传动机构(22)上置有托盘(23)；与微波加热腔(21)相对应微波加热段(2)窑炉炉体的上方设有一空腔，空腔内容纳多模介质谐振器(24)；微波加热腔(21)与常规电加热窑炉炉体之间采用由耐高温、导电、抗氧化材料制作的微波密封插门(4)。
本实用新型通过密封结构(3)将微波加热腔(2)中的微波能量进行有效的密封，避免微波能量向常规加热电窑中泄露。
常规电加热窑炉预热段(1)的作用是将待烧结的陶瓷件预先加热，一方面可以降低整个烧结过程中对微波能量的需求，另一方面由于有一些陶瓷如氧化铝、氧化锆等在低温条件下介电损耗较小，对微波的吸收性能差，微波难以对这些陶瓷进行快速加热，采用常规电加热将这类陶瓷预先加热到其具有较好的微波吸收性能的温度区间后再利用微波进行高温快速烧结，有利于充分发挥微波烧结的优点。由于常规电加热速度较慢，与微波加热腔相连时，为了使两个加热系统在同一时间内具有相同的陶瓷处理能力可以采用两条或多条常规电加热窑炉与一个微波加热腔体连接，也可以将常规加热窑炉的炉体延长。
本实用新型中所述微波加热段(2)系由微波馈能结构、微波多模谐振加热腔(21)、微波介质多模谐振结构(24)以及使样品旋转移动的机构(22)组成。微波多模谐振加热腔(21)是一个长方体的腔体，由无磁不锈钢制成，馈能结构采用2*2微波天线馈能，为了提高陶瓷样品加热的均匀性，除采用介质多模谐振保温结构(24)外，在陶瓷样品烧结过程中使陶瓷样品不断旋转，从而使样品均匀加热。
微波密封结构(4)采用压板结构，位于微波加热腔的上盖板上，与常规加热窑炉相连部分。其主要功能是将微波加热腔中的微波封闭起来，避免微波向常规的电加热窑炉中泄露，所用材料可以是耐热不锈钢、高温合金、导电耐高温陶瓷(如碳化硅、碳化钛、铬酸镧)等。微波加热腔(21)的上盖板采用10-20毫米的耐热不锈钢制成，盖板中心是一个比从常规窑炉到微波烧结腔之间样品的传送通道大的矩形孔，在上盖的两边是两个用于限位的轨道，密封板通过该轨道进行定向滑动。在限位轨道上有四个限位槽，当密封板沿轨道滑动时，固定在滑板两端的四个轴承坐在轨道上的四个限位槽里，同时密封板向下压在微波烧结腔的上盖板上，从而实现电磁密封。
介质多模谐振保温器(24)的工作原理是通过多层具有不同介电常数的介质材料组成一个封闭空间，当微波辐射进入该空间后，形成微波的全反射，从而将微波有效封闭在该空间中，达到提高烧结空间的电磁场的能量密度和被烧结件的均匀、快速升温能力的目的。介质多模谐振保温器使用三层介质材料套装在一起。一般地，内层和外层的介电常数比中间层的介电常数大，同时所有材料的介电损耗应较小，以避免保温材料过分吸收微波，影响陶瓷样品的升温。
样品的传动系统(22)包括样品的升降和样品的转动机构。当陶瓷样品传输到微波烧结腔上方时，升降机构将陶瓷样品举高至常规窑炉炉膛的顶部，位于顶部的夹钳张开后，介质保温筒落放在样品的托盘上并将陶瓷样品包在其中，为了保证样品在下降顺利进入微波烧结腔中，将样品的托盘作成长方形，且长边与在常规窑炉中传动方向一致；当样品套上保温套后，在向微波烧结腔传送之前，先旋转90度，再向下放入微波烧结腔中，并将样品放置在微波烧结腔中的旋转机构的顶杆上。该顶杆是一个空心氧化铝管，样品升降的支杆从氧化铝管中通过，且同心放置。
整个装置的工作原理是陶瓷烧结件首先在常规电加热窑炉(1)中按一定的速度逐渐向高温区推进，烧结件在每一温度区间停留的时间以被烧结件整体达到热平衡为准，陶瓷样品的传动是通过后面一个放置陶瓷样品的推板推动前面一个推板实现样品的移动。当陶瓷件到达微波加热腔的正上方时，打开电磁密封结构(4)，通过升降系统将样品举起至常规窑炉顶部，位于顶部的夹钳松开，将介质保温套放置在推板之上，通过转动机构将被烧结件旋转90度，然后下降将样品放入微波加热腔中，关上电磁密封门(4)后，启动微波源并施加一定的微波功率，当被烧结件升温到烧结温度并保温所需的时间后再关闭微波源并启动电磁密封门(4)将被烧结件推出微波加热腔，被烧结件先推至常规烧结窑炉的顶部，由顶部的夹钳夹住介质保温套后，将样品旋转90度并下降至与常规窑炉传动轨道处于同一水平高度时，常规电窑预热段中的样品将从微波加热腔中推出来的样品推至常规窑炉中的冷却段(3)中，按需要以一定的速度降温(烧结件在腔体(3)中的传动也是通过放置被烧结件的坩埚，由后一个坩埚推动前一个坩埚来实现。)降至室温的样品即为所需的烧结成品。
本实用新型具有下述特点
1．本装置采用了一种耐高温抗氧化导电陶瓷作为微波加热腔与常规电加热窑炉之间的电磁密封结构，实现了微波加热腔与常规加热腔的连接，避免了在接口处的微波泄露。
2．将微波加热与常规加热结合在一起，一方面可以降低陶瓷烧结过程中对微波能量的需求，另一方面可以解决在低温段有些陶瓷吸波能力差，难以进行微波快速微波加热的困难，同时还可以降低陶瓷件与环境之间的温差，提高陶瓷件的成品率。
3．采用2*2会聚天线馈能，可以将微波能量相对集中在陶瓷样品所在区域，提高样品的升温速度。
4．采用介质多模谐振器使微波加热腔中的电磁场得到均匀分布，从而提高了陶瓷烧结件的成品率。
5．采用样品的升降和转动装置实现样品在常规电窑与微波加热腔之间的传动。
以下结合附图通过实施例详细叙述本实用新型。
附
图1连续微波复合常规电加热总体结构示意图附图2微波加热腔结构示意图附图3微波馈能2*2天线结构示意图附图4微波介质谐振器结构横截面示意图实施例1如
图1所示，该微波加热装置由常规电加热窑炉预热段(1)、多模微波加热腔(2)、微波加热腔与常规电加热窑炉之间的微波密封结构(3)、常规电加热控温冷却段(4)以及样品传动机构(5)组成。
具体地，对于工作频率为2450MHZ微波，使用炉膛截面尺寸为(200-500)*(200-800)毫米的常规电加热窑炉，整个装置的尺寸如下常规预热段长度为8-20米，窑炉的最高温度为1300℃，微波加热腔腔体的尺寸为(300-500)*(300-700)*(400-900)毫米，微波辐射天线放置在侧壁的中心位置，介质多模谐振器采用硅酸铝纤维做介质谐振器的外层，中间层为空气，内层也是由硅酸铝纤维制成，其外部尺寸为φ230*200毫米，壁厚为10-20毫米，内层尺寸为φ150*100毫米，壁厚为10-30毫米。门结构采用导电碳化硅制成，其尺寸为300*300毫米；从常规加热窑炉到微波烧结腔之间传输陶瓷样品的通道尺寸为250*200毫米。
实施例2对于工作频率为915MHZ的微波，整个装置的尺寸如下常规预热段长度为8-20米，微波加热腔腔体的尺寸为(400-1000)*(300-900)*(300-1000)毫米，微波辐射天线放置在侧面的中心的位置，介质多模谐振器采用硅酸铝纤维做介质谐振器的外层，中间层为空气，内层也是硅酸铝纤维，其外部尺寸为φ230*200毫米，壁厚为10-20毫米，内层尺寸为φ150*100毫米，壁厚为10-30毫米。门结构采用导电碳化硅制成，其尺寸为300*300毫米；从常规加热窑炉到微波烧结腔之间传输陶瓷样品的通道尺寸为250*200毫米。
实施例3其他如实施例1，电磁密封门采用耐热不锈钢制成，在密封门的上表面(与常规电窑相邻的一面)镶嵌一层厚度为10-40毫米的耐火保温材料如氧化铝、氧化锆等。密封门的尺寸为(250-350)*(250-350)毫米。
实施例4其他如实施例1，介质多模谐振器的内层是由空心氧化铝制成，内层尺寸为φ150*100毫米，壁厚为5-15毫米。
实施例5其他如实施例1，介质多模谐振器的内层为空心氧化锆制成，中间层为氧化钙，外层为氧化锆纤维制成，其尺寸为外层φ230*200毫米，壁厚为10-20毫米，内层尺寸为φ120*100毫米，壁厚为5-10毫米，中间氧化钙层厚度为15-50毫米。
权利要求1．一种连续微波烧结炉，其特征在于该微波烧结炉依次由常规电加热窑炉预热段(1)、微波加热段(2)、常规电加热控温冷却段(3)组成；在微波加热段(2)窑炉炉体的底部接有一微波加热腔(21)，微波加热腔(21)中置有一水平旋转垂直移动的传动机构(22)，传动机构(22)上置有托盘(23)；与微波加热腔(21)相对应微波加热段(2)窑炉炉体的上方设有一空腔，空腔内容纳多模介质谐振器(24)；微波加热腔(21)与常规电加热窑炉炉体之间采用由耐高温、导电、抗氧化材料制作的微波密封插门(4)。
2．按权利要求1所述连续微波烧结炉，其特征在于所述微波加热腔(21)采用2*2微波天线。
3．按权利要求1所述连续微波烧结炉，其特征在于所述微波密封门(4)是由碳化硅、耐热不锈钢、碳化钛、铬酸镧制成的。
4．按权利要求1所述连续微波烧结炉，其特征在于所述介质谐振器(24)是由三层介质材料构成，最内层和最外层所使用的的材料的介电常数比中间层所使用的介质材料的介电常数大。
5．按权利要求4所述连续微波烧结炉，其特征在于构成介质谐振器(24)介质材料必须是介电损耗低的材料，选自氧化铝、氧化锆、氧化钙、氧化钇之一种。
专利摘要一种连续微波烧结炉,由常规电加热窑炉预热段、微波加热段、常规电加热控温冷却段组成;在微波加热段炉体底部接有一微波加热腔,微波加热腔中置有一水平旋转垂直移动的传动机构;与微波加热腔相对应炉体的上方设有一空腔,空腔内容纳多模介质谐振器;微波加热腔与常规电加热窑炉炉体之间采用微波密封插门。本实用新型能充分发挥微波烧结陶瓷的省时、节能等特点,又能提高对微波能量的利用率,降低整套装置的成本,具有高效、低成本的特点。
文档编号F27B5/04GK2460953SQ0025286
公开日2001年11月21日 申请日期2000年11月15日 优先权日2000年11月15日
发明者杨永进, 张劲松, 刘强, 曹小明, 沈学逊 申请人:中国科学院金属研究所