本发明涉及一种红外线加热单元，其具有加热炉，加热炉具有容纳处理室的壳体和加热装置，其中，处理室至少部分地被由石英玻璃制成的炉衬来界定/限定其边界。
背景技术
在用于将加热物品加热到600℃以上的温度的工业电热炉中，常常使用红外线辐射器作为加热装置，其发出短波的、中波的和/或长波的红外辐射。
通过热传导、对流和/或热辐射实现从电加热元件到加热物品的热输送。在此，一个基本的问题是，如何尽可能有效地(以高的功率效率)并且同时以高的均匀性将可供使用的辐照功率辐射到加热物品上。红外线辐射器表现出红外辐射的点形的或线形的辐射特征，或者(作为红外线面式辐射器)表现出以面的方式延伸的二维的或三维的辐射特征，其可与加热物品的待加热表面的几何形状相匹配并且实现对二维或三维设计的表面的均匀辐照。
红外线辐射器通常配备有由在电流通过时产生热的电阻材料制成的电加热元件。广泛使用的是管状的红外线灯，其中，螺旋形的电阻丝被由石英玻璃制成的套管包围，其中，电阻丝离开套管一定距离且没有明显接触该套管。在红外线辐射器的其它实施形式中，电加热元件(其例如为由电阻材料制成的线、条带或层)用于加热另一被动的非电加热元件，其在下文中也被称为“加热基底”。
为了在低能量损失的同时保证高的过程温度，由隔热的炉衬包围处理室，该炉衬例如在传统的加热炉中由绝热砖制成。例如从de1973753u中已知一种具有壳体的电加热的马弗炉，该壳体设有由耐火土制成的炉衬。作为加热装置，使用具有石英包围的加热螺旋线的红外线辐射器，加热螺旋线布置在处理室的顶壁的区域中。然而，这种类型的炉衬具有高的热容，这导致加热和冷却时间长并且能量效率低。此外，使用由耐火土制成的炉衬也限制了在处理室中的清洁度条件。
从de102012003030a1中已知的加热炉避免了这些缺点，其具有由多个轴向平行地布置的石英玻璃管构造成的炉衬。在此，石英玻璃管在其面对处理室的侧上借助于由不透明的石英玻璃组成的连接物质相互连接，连接物质同时用作漫反射器，从而红外辐射在处理室的边界壁上被反射。以这种方式，实现了高达90％的高效率。
从us4133667a中已知一种用于热处理玻璃板的连续式加热炉。在处理室中，在输送装置上方和下方布置有红外线辐射器。借助于输送装置将玻璃板放在由石英玻璃制成的辊子上输送通过处理室。在从jp4715019b2已知的连续式加热炉中也描述了类似的具有石英玻璃辊的输送装置。
为了辐照的均匀性，加热物品和红外线辐射器之间的距离起到重要作用。对于轴向平行地布置的多个长形的红外线灯，经验性的经验公式认为，均匀辐照所需的最小距离等于各红外线灯的中心距的约1.5倍。相应地，为了均匀辐照，要求在各个红外线灯之间的小距离以及在灯组件与加热物品之间的大距离。第一所述备选方案(紧密的灯-灯距离)受到物理和技术限制，并且带来较高的制造成本。第二所述备选方案(大的红外线灯-加热物品距离)导致所使用的辐照功率的较低的效率以及相对较小的、单位加热面积的辐射功率。
在从wo1999/025154a1中已知的红外线面式辐射器的实施形式中，使用由石英玻璃制成的面式的、平坦的、管状的或多面体的加热基底，其与电阻元件直接且连续地接触。电阻元件例如具有曲折形状，并且通过薄膜技术、丝网印刷技术或薄层技术被施加到加热基底的表面上并且紧接着被烧制。
在该实施形式中，加热元件不加热周围的套管，而是通过导体条带/印刷电路形式的直接的、面式延伸的接触直接加热石英玻璃加热基底，从而主要通过热传导和对流实现在加热元件和加热基底之间的热传递，这对热传递的均匀性和效率有正面影响。
石英玻璃具有良好的耐腐蚀性、耐热性和耐温度交变性，并且可在高纯度下被提供。因此，即便在高温加热过程中，石英玻璃作为加热基底材料也基本上满足在纯度、温度稳定性和惰性方面的高要求。
然而另一方面，石英玻璃表现出相对较低的导热性并且甚至常常用作隔热体。如果将该材料用作借助于施加在接触面上的电阻元件而被加热的被动加热基底，则在壁厚较小时存在的风险是，在相对的加热基底侧上可能维持在接触面的侧上的不均匀的温度分布。在极端情况中，在相对的加热基底侧上成像出真实的主动的电加热元件。这可仅通过加热元件材料的高敷设密度/覆盖密度来应对，但是这很昂贵。而在加热基底壁厚较厚时，功率效率受到损害且不能实现快速的温度变化，因为这要求加热基底的快速加热和冷却。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种红外线加热单元，其能实现利用红外辐射高能效地且均衡地(均匀地)使加热物品升温到甚至600℃以上的温度。
根据本发明，所述目的从开头所述类型的红外线加热单元出发通过以下方式来实现：加热装置由至少一个加热基底形成，该加热基底具有接触表面，该接触表面与导电的并且在电流通过时产生热的电阻材料相接触，其中，
·加热基底由掺杂石英玻璃制成，对红外光谱范围进行吸收的附加成分嵌入该掺杂石英玻璃中，
·加热基底形成炉衬的至少一部分。
在根据本发明的红外线加热单元中，炉衬至少部分地由如下材料制成，即，该材料可在借助于电阻材料-导体条带实现的热激励下被激发以发出红外辐射。就此而言，其为热主动的或可热激活的炉衬。所述材料为掺杂石英玻璃，其中嵌入了特别是在热激励下在红外光谱范围中进行吸收的附加成分。该材料在下文中也简称为“ir黑玻璃”，其中，该术语不是指材料的视觉颜色，而是指其在室温或者更高的温度下吸收在红外线波长范围中的辐射。
由此，ir黑玻璃形成炉衬的至少一部分，并且同时形成加热装置的一部分，更确切地说与用于热激励ir黑玻璃的、由电阻材料制成的电的导体条带相结合形成加热装置的一部分。因此，在炉衬的由电导体条带热激励的区域中，发射ir辐射的ir黑玻璃是加热基底并且是加热装置的一部分；在具有ir黑玻璃的炉衬的未被热激励的其它区域中，ir黑玻璃仅仅是炉衬的一部分。这也适用于具有ir黑玻璃的炉衬的如下区域，即，所述区域敷设了电导体条带并且因此在功能上可被热激励，但是没实际发生热激励。
在最简单且特别优选的情况中，炉衬完全由ir黑玻璃制成。在其它实施形式中，炉衬仅仅部分地由ir黑玻璃制成。与相应的实施形式无关地，炉衬的单个区域或多个区域被构造成加热基底。虽然在以下解释中以单数表达加热基底，其应也包括复数个加热基底。
由此，在被导体条带热激励时，加热基底是实际上的ir辐射发射元件。加热基底材料包含石英玻璃(非晶态sio2)，其在重量和体积方面都占了加热基底材料的最大份额，并且决定性地影响了其机械和化学性能；例如耐热性、强度和耐腐蚀性。
除了sio2之外，石英玻璃还可包含最大至10wt％(重量百分比)的量的其它氧化物、氮化物或碳化物成分。石英玻璃具有良好的耐腐蚀性、耐热性和耐温度交变性，并且能以高纯度提供。因此，在具有直至1100℃的温度的高温加热过程中，其也适于作为加热基底材料。1％或更低的低方石英含量保证了低的反玻璃化倾向并且进而保证了在使用时低的形成裂纹的风险。由此，也满足例如在半导体制造过程中对纯度、惰性和颗粒的缺失的严格要求。
由于加热基底基本上由石英玻璃、即非晶态材料制成，易于使其成为对于应用合适的几何形状，例如平的、弯曲的或波形的板的形状，或具有圆形、椭圆形或多边形横截面的管形或柱形，或者碗形、穹顶形或坩埚形。
嵌入石英玻璃中的附加成分形成单独的非晶相或晶相，其均衡地或特意非均衡地分散在石英玻璃基质中。附加成分决定性地影响加热基底的光学性能和热性能；更准确地说，其引起了在波长范围为780nm与1mm之间的红外光谱范围中的吸收。附加成分特别是在热激励时对在该光谱范围中的辐射的至少一部分表现出比基质成分更高的吸收性。
附加成分的相区域在石英玻璃基质中作为光学杂质起作用并且自身具有吸热作用。根据基尔霍夫热辐射定律，在热平衡中，实体的光谱吸收度αλ和光谱发射率ελ相等。
αλ＝ελ(1)
由此，附加成分使得加热基底材料发射出红外辐射。在已知定向半球光谱反射率rgh和透射率tgh时，如下计算光谱发射率ελ：
ελ＝1-rgh-tgh(2)
在本文中，“光谱发射率”应理解成“光谱法向发射率”。其根据名为“黑体边界条件”(black-bodyboundaryconditions，bbc)的测量原理确定，该测量原理在“determiningthetransmittanceandemittanceoftransparentandsemitransparentmaterialsatelevatedtemperatures(透明和半透明材料在高温下的透射率和发射率的确定)”中公开(作者j.manara、m.keller、d.kraus、m.arduini-schuster；第五届欧洲热科学会议，荷兰(2008))。
与没有附加成分的情况相比，掺杂了附加成分的石英玻璃具有更高的热辐射吸收能力。由此得到了从导体条带向加热基底中的改善的热传导、更快速的热分布和对加热物品更高的辐射率。由此能够提供更高的单位面积辐射功率，并且在加热基底壁厚较薄和/或导体条带敷设密度相对较低时，也产生均匀的辐射和均衡的温度场。
在加热基底材料中，附加成分优选地至少部分地以单质硅存在并且以一定的量被嵌入，所述一定的量在加热基底材料中对于在2μm与8μm之间的波长导致在600℃的温度下至少0.6的光谱发射率ε和在1000℃的温度下至少0.75的光谱发射率ε。
相应地，加热基底材料对于在2μm与8μm之间——即，在红外辐射光谱的波长范围中——的热辐射具有高的吸收和辐射能力。这降低了在加热基底表面处的反射，从而在假设透射小得可忽略时，对于在2μm与8μm之间的波长，在高于1000℃的温度下得到最大0.25的反射率，而在600℃的温度下得到最大0.4的反射率。
由于均匀的辐射和高的发射率，加热物品和加热基底之间的距离可以很小，由此提高了辐照强度并且相应地提高了效率。对于一些应用情况，该距离优选地小于5mm。例如在所谓的“卷带式/卷对卷制造工艺”中，幅面式的或薄膜式的加热物品高速经过加热基底。小的距离实现了在加热物品上的大于100kw/m2和甚至大于200kw/m2的高功率密度。具有高发射率的炉衬为加热过程的高效率做出贡献。通过由炉衬有效地再次吸收散射部分并且立即将其再次发射出，损失也得以最小化。由此，减少了由于热辐射的反射引起的不可复现的加热，这为均衡的或特意非均衡的温度分布做出贡献。
在红外辐射器的优选的实施形式中，附加成分包含单质形式的半导体材料，优选单质硅。半导体相的细颗粒区域一方面在基质中作为光学杂质起作用并且可导致加热基底材料在视觉上(依层厚度而定)表现为黑色或灰黑色。另一方面，杂质也对加热基底材料的整体热吸收有影响。这主要归因于由以单质形式存在的硅相组成的、精细分布的相的性能，由此，一方面在价带和导带之间的能量(带隙能)随温度而降低，并且另一方面在激活能量足够高时，电子从价带跃迁到导带中，这带来吸收系数的显著增大。导带中热激活的成员导致半导体材料在室温时对于确定的波长(例如从1000nm开始)在一定程度上可为透明的而在高温时不透明。因此，随着加热基底材料的温度升高，吸收和发射率突变式地增加。该效应尤其与半导体的结构(非晶态/晶态)和掺杂相关。例如，从约600℃开始，纯硅表现出显著的发射增加，该发射增加从约1000℃开始达到饱和。
因此，半导体材料且特别是优选使用的单质硅使得玻璃质的基质材料成黑色，更确切地说在室温下成黑色，但是在例如600℃以上的高温时也同样如此。由此，在高温时，在宽带的高的发射的意义上实现了良好的辐射特征。在此，优选为单质硅的半导体材料形成分散在基质中的、自己的硅相。该硅相可包含多种类金属或金属(然而相对于附加成分的重量份额，金属最多为50wt％，更优的是不多于20wt％)。在此，加热基底材料不表现出开口孔隙率，而是充其量表现出小于0.5％的闭口孔隙率和至少2.19g/cm3的特定密度。因此，其适合用于加热基底材料的纯度或气密性很重要的应用情况。
加热基底材料的热吸收与附加成分的份额相关。优选地，硅的重量份额应为至少0.1％。另一方面，高的硅体积份额可损害石英玻璃基质的化学和机械性能。考虑到这一点，附加成分硅的重量份额优选地在0.1％和5％之间的范围中。
当硅作为单独的硅相存在并且具有平均小于20μm、然而优选地大于3μm的最大尺寸的非球形形态时，可实现特别高的发射率。
在此，硅相的非球形形态也为加热基底材料的高机械强度和低开裂倾向做出贡献。术语“最大尺寸”指的是可在显微摄相中看到的、硅相的隔离区域的最长延伸。在显微图像中所有最长延伸的中值形成上述平均值。
由具有石英玻璃基质和嵌入其中的硅相的复合材料制成的构件是已知的。根据wo2015067688a1，由所述构件制造例如用于在氧化或调温过程、外延附生或化学气相沉积中使用的晶片保持件或配件、反应器。为了用作可热激活的炉衬材料，根据本发明，加热基底敷设有由电阻材料制成的导体条带，其优选实施成被烧制的厚膜层。
这种厚膜层例如借助于丝网印刷由电阻浆料生成，或者借助于喷墨印刷由含金属的油墨生成，并且紧接着在高温下烧制。导体条带优选地由含贵金属的材料、例如铂、金、银及其合金制成，其暴露在空气中时不会导致缩短使用寿命的氧化反应产物。
在尽可能均匀的温度分布方面，证实为有利的是，导体条带实施成线形图案，线形图案如此覆盖接触表面，使得在相邻的导体条带区段之间保留有至少1mm、优选地至少2mm的间隙。
导体条带例如在螺旋形的或弯弯曲曲的线形图案中伸延。即使在加热面的导体条带敷设密度相对较低时，加热基底材料的高的吸收能力也实现了均匀的辐射。低的敷设密度通过以下方式来表征：相邻的导体条带区段之间的最小距离为1mm或更多、优选为2mm或更多。导体条带区段之间的大的距离避免了特别是在真空中以高电压运行时可能出现的闪络。
根据本发明的红外辐射器的一个特别有利的实施形式的突出之处在于，加热基底具有面对导体条带的面，并且该面的至少一部分敷设有由多孔的石英玻璃制成的覆盖层，其中，导体条带至少部分地嵌入覆盖层中。
由不透明石英玻璃制成的覆盖层在此用作漫反射器，并且其保护并同时稳定导体条带。由不透明石英玻璃制成的这种覆盖层的作用和制造是已知的并且例如在wo2016/021416a1中进行了描述。覆盖层由分散体制成，该分散体在液体中包含非晶态sio2微粒。该分散体被施加到面对导体条带的加热基底面上，被干燥成生坯并且在高温下烧结。生坯的烧结和导体条带的烧制优选地在同一个加热过程中进行。
根据本发明的红外线加热单元的一种实施形式适合多种工业加热应用，其中炉衬具有由掺杂石英玻璃制成的上侧。
典型地，该上侧是处理室的与加热物品直接相对的侧。在此，通过将上侧构造成加热基底并且被用于热激励的导体条带覆盖，该上侧也可用作加热表面。在此，导体条带优选地位于加热基底的背离处理室的侧上。
在最简单的情况中，炉衬完全由掺杂石英玻璃制成。此时，处理室可在所有侧上被由ir黑玻璃制成的炉衬包围。由于几乎封闭的处理室，在其中产生的对流也被利用来将加热物品加热。在另一实施形式中，处理室具有敞开的侧、开口或通过部，例如在连续式加热炉中通常是这种情况。
证实为有效的是，加热基底被构造成板状且具有小于5mm的板厚度。
薄的加热基底具有小的热质量，并且实现了快速的温度变化。为此不需要强制冷却。
根据本发明的红外线加热单元的一种特别优选的实施形式设计成连续式加热炉并且为了输送加热物品通过处理室而具有输送装置，该输送装置延伸穿过处理室并具有由石英玻璃制成的支承元件，加热物品支承在所述支承元件上。
该实施形式实现了在连续的过程中处理加热物品。由于均衡的ir辐射和高发射率，加热物品和加热基底之间的距离能够很小，由此提高了辐照强度并相应地提升了效率。加热物品因此也在通过过程中被均衡地(均匀地)加热到例如1000℃。
用于加热物品的支承元件由石英玻璃制成，特别是由未掺杂的石英玻璃或掺杂了al2o3的石英玻璃制成。除了其热稳定性及其化学惰性外，这种支承元件的突出之处也在于高的纯度。由此也可保证整个系统的高纯度。此外，也可在没有冷却的情况下实现快速的温度变化过程，从而可省去流动的冷却介质，其始终伴随着可能有污染的有问题的颗粒输送。因此，根据本发明的红外线加热单元适合用在半导体制造过程中。
优选地，输送装置具有两个平行地且彼此间隔开地伸延的环形输送带，其中，支承元件被实施成跨接输送带之间的距离的石英玻璃柱的形式，并且与输送带以不能相对转动的方式相连接。
在辊子输送器形式的用于连续式加热炉的传统输送装置中，同样设置有两个平行地且彼此间隔开地伸延的环形输送带。横向于输送方向布置的、在径向横截面中呈圆形的柱放在环形输送带上，并且通过与输送带的摩擦而进行旋转，从而通过滚动运动将放在辊子上的加热物品输送通过处理室，而辊子自身不随着一起在输送方向上运动。与之相比，在根据本发明的输送装置中，石英玻璃柱利用其端部以不能相对转动的方式与输送带相连接。由于以不能相对转动的方式支承在两个输送带上，振动得以最小化；附加地，减少了由于磨损而形成颗粒。支承元件的特别合适的实施形式是具有双管几何结构的所谓的商售的“双管”，其中，两个平行的管状隔间通过中间接片分开。由石英玻璃制成的双管由材料决定地具有高的断裂强度，该断裂强度通过双管的特殊的几何结构更显著地被提高。
当石英玻璃柱具有由不透明石英玻璃制成的覆层时，实现在红外线加热单元方面的进一步改进。
由不透明石英玻璃制成的覆层用作红外辐射的漫反射器并且由此对热处理的效率做出贡献。覆层完全地或部分地覆盖石英玻璃柱；其可具有一定的粗糙度，从而防止加热物品打滑。
根据本发明的红外线加热单元的炉衬优选地具有至少一个被加热侧，其中，加热装置被设计用于产生在每个被加热侧大于100kw/m2的范围中的总面积功率密度。
设计成加热基底的炉衬同时还用作可选的加热面。在所有侧都封闭的具有矩形的边界壁的加热炉中，炉衬例如具有六个平的侧。在六个侧都被设计并用作加热面的情况中，总面积功率密度n为至少6×100kw/m2，优选为至少6×200kw/m2。在具有矩形横截面的、在三个侧上被设计有可选地用作加热面的炉衬的连续式加热炉中，总面积功率密度例如为至少3×100kw/m2，优选为至少3×200kw/m2。
附图说明
以下根据实施例和附图详细解释本发明。其中，具体地以示意图示出：
图1示出了根据本发明的用于热处理的装置的纵剖视图，
图2示出了根据本发明的用于热处理的装置的处理室区域的横剖视图，
图3示出了支承元件在输送带上的保持部的细节图，以及
图4示出了用于安装在处理室的顶部区域中的加热基底。
具体实施方式
图1和2示出了连续式加热炉1的形式的根据本发明的红外线加热单元的实施形式，该连续式加热炉具有炉壳体2，在炉壳体中设置有用于热处理的处理室3，并且该连续式加热炉配备有用于连续地输送加热物品5通过处理室3的输送系统4。
输送系统4包括两个平行的彼此间隔开的环形输送带4.1，以及跨接输送带之间的距离的、以不能相对转动的方式保持在输送带上的、由透明的石英玻璃制成的双管4.2形式的支承元件，在热处理期间，加热物品5支承在所述支承元件上。
在图3中示出了双管4.2的不能相对转动的保持部的细节图。夹紧弹簧6包围双管4.2的端部并且将其在不能相对转动的位置中固定在输送带中的一个(在此未示出)上。夹紧弹簧6与角件相连接，角件又固定在输送带4.1中的所述一个上。
双管4.2就长度×宽度×高度(l×b×h)而言具有1000mm×34mm×14mm的尺寸；其壁厚约为2mm。双管4.2彼此的距离根据加热物品5的重量和几何结构而变化。为了用根据本发明的装置1在石英玻璃管上烧制/烧入金层以制造灯，通常将双子载体管之间的距离设置为150mm。
在图2中以看向处理室3中的视角示出了相对于图1稍微放大的根据本发明的装置1的横剖视图。处理室具有2000mm的长度，420mm的宽度和145mm的高度(从底部区域3.3算到顶部区域3.1中的炉衬为止)。
处理室3被在顶部区域3.1、侧面区域3.2和底部区域3.3中的单层的热隔绝部7包围。隔绝部7由以铝氧化物和硅氧化物为基础的耐火的高温垫组成；其具有25mm的厚度。处理室3的顶侧3.1和侧壁3.2完全铺上了由复合材料(ir黑玻璃)制成的板，在该复合材料中，由单质硅组成的晶相精细地分散在由石英玻璃组成的基质中。在界定顶侧的顶板9中，由复合材料组成的基底10(见图4)的背侧与弯弯曲曲伸延的导体条带11接触，导体条带被嵌入由不透明石英玻璃制成的反射层12中。所述顶板9同时用作红外线辐射器并且还将根据图4详细解释。
根据本发明的装置1作为连续式加热炉(20kw的持续电功率)工作并且用于连续的烧结过程。为此，将在上侧上覆层了金的构件、例如具有尺寸l×b×h＝1000×34×14mm的石英管放到输送系统4的双管4.2上，并且以200mm/min的速度引导其通过热的处理室3，以使该覆层被烧制。可并排放置10个管，从而得到每小时约100个管的生产率。装置1具有100mm的净通过高度(输送系统的双管4.2与顶部区域3.1之间的距离)和420mm的通过宽度。根据其高度尺寸，顶板9和加热物品之间的自由距离为约50mm。不需要并且也未设置冷却装置。
在通过所述装置1之后，管上的覆层具有表面附着性非常好的视觉上均匀的表面。通过扯带试验确定金在表面上的附着性。这种试验包含，将可在市场上自由获得的胶带、例如3m公司的scotch胶带粘到镀金的表面上并且又猛地撕下。如果金的附着力不充分，那么在胶带的胶面上会留下金属残渣。金属覆层的表面丝毫不受到颗粒或异物的损害，因为在根据本发明的装置1中未使用可能由于在加热物品5处或其它面处的摩擦而释放颗粒的可动的支承元件。此外，处理室3主要包括由石英玻璃制成的表面，从而在该区域中也无污染地且在不产生颗粒的情况下工作。
图4示意性地示出了向上封闭处理室的顶板9。顶板9具有矩形形状，其侧面尺寸为105mm×105mm且板厚度为2.5mm。由复合材料组成的基底10在视觉上是半透明的。在用显微镜观察时，其显示出没有开口孔并且充其量具有最大尺寸平均小于10μm的闭口孔。由单质硅组成的非球形的相区域(si相)均匀分布在该基质中。si相的重量份额为5％。si相区域的最大尺寸在平均(中值)约1至10μm的范围中。复合材料是气密的，其具有2.19g/cm3的密度并且直至约1200℃的温度都相对于空气稳定。
嵌入的si相一方面为复合材料的整体不透明性做出贡献，并且其对复合材料的光学的和热的性能具有影响。在高温下，其表现出对热辐射的高吸收性和高的发射率。
在室温下，在使用ulbricht(乌布利希)球的情况下测量ir黑玻璃的发射率。其允许测量定向半球光谱反射率rgh和定向半球光谱透射率tgh，从中计算法向光谱发射率。在2μm至18μm的波长范围中借助于ftir光谱仪(bruker(布鲁克)公司的ifs66v型傅里叶变换红外(ftir)光谱仪)根据以上所述的bbc测量原理进行在高温下的发射率测量，bbc试件腔通过附加光学系统联结到ftir光谱仪上。在此，试件腔在试件保持部之前和之后的半腔中具有可调温的黑体环境以及带有探测器的光束出口。将试件在独立的加热炉中加热到预设温度并且置于具有调整到预设温度的黑体环境的试件腔的光路中以进行测量。由探测器获取的强度由发射部分、反射部分和透射部分组成，即，由试件自身发射的强度、从前半腔入射到试件上且被试件反射的强度以及从后半腔入射到试件上且被试件透射的强度组成。为了确定单个参数，即发射率、反射率和透射率，必须进行三次测量。
在2μm至约4μm的波长范围中在复合材料上测得的发射率与温度相关。温度越高，发射越强。在600℃时，在2μm至4μm的波长范围中的法向发射率大于0.6。在1000℃时，在2μm与8μm之间的整个波长范围中的法向发射率大于0.75。
导体条带11由在基底10的上侧13上的铂电阻浆料生成。在导体条带的两个端部处，焊上用于馈给电能的夹子。导体条带3表现出弯弯曲曲的延伸走向，其密集地覆盖顶板9的加热面，使得在相邻的导体条带区段之间保留2mm的均匀距离。在所示出的横截面中，导体条带11具有宽度为1mm且厚度为20μm的矩形轮廓。导体条带与基底10的上侧13直接接触，从而实现向基底10中的尽可能高的热传递。相对的下侧14界定处理室3并且同时用作热辐射的辐射面。由方向箭头15指出辐射方向。
在基底10的背离处理室的上侧13上，施加由不透明的、含孔的石英玻璃制成的反射层12。反射层具有1.7mm左右的平均层厚度，其通过无开裂和约1.7g/cm3的高密度来表征，并且在直至1100℃以上的温度都是热稳定的。反射层12完全覆盖导体条带11，并且由此为导体条带屏蔽来自环境的化学或机械影响。
在图1和2中示出的连续式加热炉1的实施形式中，仅仅处理室3的顶板9和两个相对的侧壁3.2由ir黑玻璃制成，而在输送系统4的支承元件之下的底部在没有加热丝的情况下由双管的平行组件形成。所述双管组件在其面对处理室3的侧上设有由不透明石英玻璃制成的反射层。反射层由小的石英玻璃颗粒组成，其直径在约10纳米至50微米的范围中。烧结成固体的且相应地多孔的sio2材料(其孔被空气填充)由于所述微小的结构而具有约5m2/g的大的比表面积。这种大的面积通过石英玻璃的由红外辐射造成的直接升温而促进孔中的空气的快速间接的升温。
在连续式加热炉的另一实施形式中，顶壁和侧壁的内衬以及底部均由ir黑玻璃制成，并且以如对于顶板9所描述的那样的方式在背侧上设有导体条带。因此，其原则上可(根据需要)作为ir辐射器运行。
如果在图2至4中使用了与在图1中相同的附图标记，则其表示与根据对图1的描述所详细解释的构件和组成部分结构相同或相似的构件和组成部分。
根据本发明的红外线加热单元实现了在连续的过程中以红外辐射非常均衡地(均匀地)加热到约1000℃。通过非常均衡的辐射和高发射率，加热物品和ir辐射器元件之间的距离可以很小，由此，显著提高了辐照强度并且相应地提高了能量效率。在此，这种加热效率是至今为止未达到的效率，其归因于发射率大于0.75(在1000℃时)的、几乎黑色的处理室内衬。由于高发射率，从处理室吸收的反向散射立即再次输送给处理室以加热产品，从而使损失最小化。通过几乎封闭的处理室，所产生的对流也被用于加热。大于200kw/m2的高功率密度主要由加热物品和ir辐射器之间的小的距离所致。
与处理室相同，由透明石英玻璃制成的输送系统也确保整个系统的高纯度。ir加热单元在其纯度方面适合半导体应用。此外，不需要冷却，从而不会出现由于通风引起的颗粒运动。
以下根据一个示例详细解释用于制造顶板9的方法。
根据如在wo2015067688a1中描述的粉浆浇注方法进行制造。事先在热氯化方法中提纯非晶态石英玻璃颗粒，其中保证方石英含量在1wt％以下。利用去离子水湿磨具有在250μm与650μm之间的范围中的颗粒尺寸的石英玻璃颗粒，从而形成具有78％的固体含量的均匀的基础粉浆。
紧接着，从基础粉浆中除去研磨球并且混入一定量的硅粉末形式的添加物，直至达到83wt％的固体含量。硅粉末主要包含具有窄粒度分布的非球形的粉末微粒，其d97值约为10μm并且其粒度小于2μm的细颗粒部分已被事先除去。
将填充了硅粉末的粉浆继续均化12个小时。硅粉末在整个固体含量中的重量份额在5％。在完成了均化的粉浆中，sio2微粒表现出如下粒度分布，其突出之处在于约8μm的d50值和约40μm的d90值。
将粉浆注入商业的压注机的压注模具中，并且通过多孔的塑料膜片使其脱水以形成多孔的生坯。生坯具有矩形板的形状。为了除去含在其中的水，在通风的炉中将生坯在约90℃下干燥五天。在冷却之后，将获得的多孔毛坯机械加工成近似于具有2.5mm板厚度的待制造的石英玻璃板的最终尺寸。为了烧结毛坯，在烧结炉中在空气中将毛坯在一小时之内加热到1390℃的加热温度并且在该温度下保持5小时。
由此获得的石英玻璃板(10)由密度为2.1958g/cm3的气密的复合材料组成，在其中，在由不透明石英玻璃组成的基质中均匀分布有彼此分离的、由单质硅相组成的非球形区域，其大小和形态基本上相应于所使用的硅粉末。最大尺寸平均(中值)在约1至10μm的范围中。基质在视觉上是半透明的。在用显微镜观察时，其显示出没有开口孔并且充其量具有最大尺寸平均小于10μm的闭口孔；根据该密度计算出的孔隙率为0.37％。该复合材料在空气中直至约1200℃的温度都是稳定的。
在表面上打磨石英玻璃板(10)，以便实现约1μm的平均表面粗糙度ra。借助于丝网印刷方法，在其已打磨的上侧5上施加弯弯曲曲的导体条带11。为此，使用商售的含铂的电阻浆料。
在导体条带11干燥之后，在石英玻璃板10的上侧13上施加粉浆层。所述粉浆通过对以上已经描述的(没有添加硅粉末的)sio2基础粉浆进行改性而获得，即，将具有5μm左右粒度的球形微粒形式的非晶态sio2颗粒混入均匀的、稳定的基础粉浆中，直至达到84wt％的固体含量。在滚筒式研磨机中在25转/分钟的转速下将该混合物均化12个小时。由此获得的粉浆具有84％的固体含量和约2.0g/cm3的密度。在磨碎石英玻璃颗粒之后获得的sio2微粒在粉浆中表现出如下粒度分布，即，其通过约8μm的d50值和约40μm的d90值来表征。
将事先以酒精清洁过的石英玻璃板10浸泡在该粉浆中几秒钟。由此，在石英玻璃板10上形成约2mm厚的均匀的粉浆层。在擦拭下侧146之后，首先使粉浆层在室温下干燥约5小时，并且紧接着借助于ir辐射器在空气中干燥。干燥过的粉浆层无裂纹，并且其具有略小于2mm的平均厚度。
紧接着，在空气中将干燥过的导体条带和干燥过的粉浆层放入烧结炉中烧制或烧结。加热曲线包括1200℃的加热温度。在该实施例中，保持时间为2小时。依此，导体条带11被烧制并且粉浆层12不透明，然而外观密实且基本上无气孔。
具有由ir黑玻璃制成的加热元件的根据本发明的红外线加热单元具有低的热质量并且由此具有快速的反应时间(＜10s)并且——根据导体条带的敷设密度而——在辐射方面非常均匀。ir黑玻璃不仅确保了非常好的辐射特征(在高温时的宽带的高发射)并且具有在半导体工艺中所需的纯度。此外，所述瓷砖不需要附加的冷却。
红外线加热单元(其如在此描述的那样配备了平面的、板状的ir辐射器)可使用在印刷工业中，以便在非常高的功率密度(每个被加热侧＞100kw/m2)和相对于加热物品的小距离(＜5mm)下实现高的处理速度(＞100m/s)，加热物品例如以带的形式被引导经过ir辐射器。可借助于丝网印刷方法将能导电的金属层施加到其上。
3d打印是另一应用领域。由于高的单位面积功率和高的工作温度(高达约1000℃)，可部分烧结和/或烧结已印刷的金属粉末。
在此，根据本发明的红外线加热单元例如可设计成所有侧都封闭的腔式加热炉。具有矩形横截面的腔式加热炉具有六个设计成加热基底的、平面的炉衬，其可产生至少600kw/m2(每个被加热侧至少100kw/m2)的功率密度并且甚至明显更大(每个被加热侧至少200kw/m2)的功率密度。
原则上，对于所述应用来说卓越的石英玻璃性能都能获得，例如高的耐温度交变性、化学惰性、高的强度和纯度。