专利名称：微波烧结炉和微波烧结方法
技术领域：
本发明涉及一种微波烧结炉以及一种微波烧结方法，用于通过微波加热来烧结要被烧结的物体，例如陶瓷物体。
背景技术：
近年来，通过微波加热烧结陶瓷的技术在不断发展，并提出了各种方法。作为防止在利用微波加热来烧结的物体中可能产生温度梯度的技术，例如专利2654903中披露了一种利用微波对被烧结物体进行烧结的方法，其中物体在微波烧结炉中预热，并在控制炉内部和被烧结物体表面的温度差的同时利用微波进行烧结。
但是在另一方面，在被烧结的物体含有有机物质例如用于维持形状的粘合剂时，有机物质的分解气体会停留在物体周围，因此物体就暴露在还原气体氛围中。结果，部分有机物质会保留为碳。但是通过在常温引入脱脂气体可以防止分解气体的残留。
但是，在常温下向炉内引入脱脂气体以利用微波加热进行脱脂过程时，出现一个问题要被烧结的物体会开裂或变形，并且在最坏的情况下会断裂。
发明内容
鉴于上述问题作出本发明，其目的在于提供一种微波烧结炉和微波烧结方法，其中要被烧结的物体不会因为脱脂过程而开裂或变形。
本发明对如何防止被烧结的物体在利用微波加热脱脂的时侯开裂或变形进行了研究。结果发明人得出结论脱脂过程中的开裂或变形原因在于，在被烧结的物体中产生的有机物质例如粘合剂的分解气体固着在物体表面，并且不会散开。具体的说，在要被烧结的物体中含有的水和有机粘合剂最容易通过微波加热而被加热，从而物体的内部温度被提高至高的水平，而物体外围区域的温度仍保持为低温。在常温施加于物体的脱脂气体进一步降低了要被烧结的物体的表面温度，结果防止了有机物质的分解、氧化或散开，由此导致物体的开裂或变形。
经过进一步研究，为了防止这些不便之处，发明人发现，在脱脂气体被提供给烧结物体之前对其进行加热是有效的。基于这一认识，完成了本发明。
根据本发明的一个方面，提供一种微波烧结炉，包括装有被烧结物体的炉体，用于产生微波并将其引入炉体内的部件，用于向炉体内提供脱脂气体的部件，以及用于在脱脂气体到达被烧结物体之前对其进行加热的部件。
加热部件可以是加热器，用于将来自脱脂气体源的脱脂气体在其到达炉体之前进行加热。该加热部件优选包括用于测量在炉体内所装物体温度的部件，和用于根据温度测量部件所测温度控制加热器并由此控制提供给物体的脱脂气体的温度的部件。以这种方式，可以根据炉体内的物体来改变脱脂气体的温度，从而可以将所提供的脱脂气体的温度始终保持在高于被烧结物体温度的水平上，由此非常有效的防止物体温度因为脱脂气体而下降，并防止分解气体固着。
或者加热部件可以包括设置在炉体内由多孔材料制成并被微波加热的加热元件，从而脱脂气体在穿过加热元件之后提供给物体。
炉体优选包括在设置有被烧结物体的空间之外的至少双层绝缘元件，最内部的绝缘元件具有与被烧结的物体一致或类似的微波吸收特性。结果，被烧结物体外部和内部之间的温度差可以被降低，以获得均匀的烧结。外侧的绝缘元件优选具有较小的比热。
根据本发明的另一个方面，提供一种微波烧结方法，用于利用微波加热烧结物体，该方法包括如下步骤向物体提供脱脂气体，同时利用微波加热物体；停止提供脱脂气体，通过对其进行微波加热而烧结物体，其中脱脂步骤包括将脱脂气体在提供给被烧结物体之前对其进行加热的步骤。
在上述微波烧结方法中的脱脂步骤中，优选将多孔材料连同被烧结的物体利用微波加热，将穿过多孔材料的脱脂气体提供给物体。
附图描述
图1表示本发明实施方案的微波烧结炉一般结构的截面图；图2表示本发明另一实施方案的微波烧结炉的一般结构截面图。
具体实施例方式
以下参考附图具体的解释本发明的实施方案。图1是本发明实施方案的微波烧结炉的截面图。微波烧结炉1包括不锈钢的箱状炉体2，设置在炉体2外的微波振荡器3，用于将微波引导入炉体2内的波导4，用于搅动炉体2内的微波的微波搅动器5，用于向炉体2内提供脱脂气体的脱脂气体源8，以及用于在脱脂气体通入炉体2内之前对其加热的加热器11。
在炉体2内设置两个绝缘元件，包括外绝缘元件6和内绝缘元件7。内绝缘元件7限定的空间形成放置被烧结物体S的空间。内绝缘元件7由其微波吸收特性与物体S相一致或类似的材料制成，或者一般由与物体S相同的材料制成。另一方面，外绝缘元件6优选由具有较小比热的材料例如陶瓷绒(ceramic wool)制成。
脱脂气体源8连接至脱脂气体导管9，通过该管将脱脂气体通入炉体内。加热器11设置在脱脂气体导管9的刚好到达炉体2之前的部分周围。用于排出脱脂气体的脱脂气体排放管10连接至炉体2的表面部分，该表面部分远离其连接有脱脂气体导管9的表面部分。外绝缘元件6和内绝缘元件7更靠近通入脱脂气体的脱脂气体引入侧的部分分别形成有脱脂气体引入孔6a、7a。脱脂气体通过脱脂气体引入孔6a、7a通入到设置了被烧结物体的空间内。另一方面，外绝缘元件6和内绝缘元件7中排出脱脂气体的部分分别形成脱脂气体排放孔6b、7b。已经参与了物体S的脱脂过程的脱脂气体通过脱脂气体排放孔6b、7b排入脱脂气体排放管10。
加热器11连接至加热器电源12，利用加热器电源12提供的能量产生热。加热器电源12的输出由控制器14控制。在被烧结的物体S附近设置温度测量仪器13，例如热电偶或辐射高温计。温度测量仪器13的测量信号输出至控制器14，根据测量信号值，控制加热器电源12，由此控制由加热器11加热的脱脂气体的温度。
在如上所述构成的微波烧结炉1内，未显示的炉盖打开，物体S设置在炉体2内，然后关闭炉盖开始该过程。
首先，进行脱脂步骤。在脱脂步骤中，微波振荡器3产生的微波被通过波导4通入炉体2内。因此在被微波搅动器5搅动的同时，物体S被微波加热并脱脂。在该过程中，脱脂气体从脱脂气体源8通过脱脂气体导管9被引入炉体2内。
脱脂气体在被加热之后立刻在高温下被引入到炉体2内，并且通过脱脂气体引入孔6a、7a到达被烧结的物体S。物体S产生的有机材料例如粘合剂的分解气体连同脱脂气体通过脱脂气体排放孔6b、7b排放到脱脂气体排放管10。用于这个目的的脱脂气体包括空气、氧气等会积极分解有机材料的气体，或者具有携带分解产生的气体功能的氮气、氩气等惰性气体。
通过如上所述给物体S提供加热器11加热过的脱脂气体，抑制了物体S的表面温度降低，由此防止了对有机物质的分解、氧化或散开的抑制。
根据温度测量仪器13的测量值，控制器14控制加热器11对脱脂气体的加热，由此控制脱脂气体的温度。因此可以被根据物体S的温度而有效控制提供给物体S的脱脂气体的温度。优选的是，提供给物体S的脱脂气体的温度其控制方式能够确保物体S在脱脂过程中逐渐升温。结果，可以完全防止对有机物质的分解、氧化或散开的抑制。
如上所述，鉴于可以防止对有机物质的分解、氧化或散开的抑制，在物体S中产生的分解气体可以迅速散出物体S之外，由此防止物体S在脱脂过程中开裂或变形。
通过利用微波将炉体2的内部加热至预定温度，并在预定长的时间内将其保持在相同温度下，来进行脱脂过程。脱脂过程完成之后，被烧结的物体S被转移至烧结过程。在烧结过程中，停止脱脂气体，提供微波振荡器3的输出。因此，在炉体2内的物体S的温度被按照预定的速度提高，并在预定长的时间内将其保持在与物体S的材料相对应的水平上。结果，获得所需的烧结元件。因为在炉体2内使用包括外绝缘元件6和内绝缘元件7的双绝缘元件，并且内绝缘元件7是由具有和物体S相一致或类似的微波吸收性能的材料制成的，因此在烧结的时候，可以将物体S外部和内部之间的温度差保持在小的水平上，因此可以进行均匀的烧结。
以下解释本发明的另一个实施方案。图2是表明本发明另一个实施方案的微波烧结炉的截面图。微波烧结炉1′具有与图1所示的微波烧结炉1类似的基本结构。因此，与图1中同样的部分别用同样的附图标记表示，并且不再进行解释。
根据该实施方案，在上述实施方案中作为脱脂气体加热部件的加热器11被加热元件15所代替，该元件刚好设置在炉体2中放置被烧结物体的空间之前。加热元件15由微波加热的多孔材料构成。在该实施方案中，不需要加热器电源12、温度测量仪器13和控制器14。
在该实施方案的微波烧结炉1′内，基本通过如上述实施方案所述的脱脂过程和烧结过程来制造烧结元件。在脱脂过程中，如上面的实施方案所述，将微波振荡器3产生的微波通过波导4引入炉体2内，用微波搅动器5搅动。此时，在将脱脂气体从脱脂气体源8通过脱脂气体导管9引入到炉体2内的同时，利用微波加热被烧结的物体S并脱脂。
通过炉体2内的脱脂气体通过脱脂气体引入孔6a到达加热元件15。由于加热元件被微波加热，脱脂气体就被加热元件15加热，如此加热的脱脂气体被提供给烧结的物体S。结果，可以基本完全防止对有机物质的分解、氧化或散开的抑制。
如上所述，鉴于可以防止对有机物质的分解、氧化或散开的抑制，在物体S中产生的分解气体可以迅速的散出物体S之外，由此防止物体S在脱脂过程中开裂或变形。
脱脂过程完成之后，被烧结的物体S被转移至烧结过程。严格地按照与上述实施方案同样的程序进行烧结过程。具体的说，停止脱脂气体，提供微波振荡器3的输出。因此，在炉体2内的物体S的温度被按照预定的速度提高，并在预定长的时间内将其保持在与物体S的材料相对应的水平上。结果，获得所需的烧结元件。
本发明不限于上述实施方案，可以做各种改进。尽管上面首先描述的实施方案其构成是根据要被烧结的物体的温度来控制脱脂气体温度的，但是例如该控制机构也不是必须的。而且，在双结构的内外绝缘元件中，不是始终需要采用具有与要被烧结的物体有一致或类似微波吸收特性的材料的内绝缘元件。
实施方案以下描述本发明的实施方案。
在将脱脂气体引入的同时进行脱脂之后，按照表1所示的温度烧结表1所示的各种材料和形状的物体。在表1所示的第一至第八实施方案中，通过利用图1或2所述的加热部件加热来提供脱脂气体，同时在比较实施例1和2中在常温下不经过加热来引入脱脂气体。对如此制造的烧结陶瓷材料进行任何缺陷的观察，包括开裂和变形，并测量其密度。结果如表1所示。
表1
*1φ103×h130，穴间距1.27，穴厚度0.09*2包括形状的表观密度如表1所示，根据本发明的其中脱脂气体被加热的第一至第八实施方案，烧结元件没有出现缺陷，例如开裂或变形，并充分固着。相反，在以常温不经加热引入脱脂气体的第一和第二比较实施例中，烧结元件产生开裂。尤其是在第一比较实施例中，发生断裂并且固着并不充分。这证实了通过根据本发明加热脱脂气体，可以制造没有任何开裂或变形的完好烧结元件。
从以上描述中可以理解，根据本发明，在将脱脂气体提供给要被烧结的物体之前利用加热部件对其进行加热。因此，将脱脂气体在高温下提供给物体，防止因为脱脂气体而阻碍有机物质的分解、氧化或散开。因此在要被烧结的物体中产生的分解气体迅速散到物体之外，由此防止烧结元件在脱脂过程中开裂或变形。
权利要求
1.一种微波烧结炉，包括含有要被烧结的物体的炉体；用于产生微波并将其引入所述炉体内的部件；用于向所述炉体内供应脱脂气体的部件；以及用于在所述脱脂气体到达所述要被烧结的物体之前对其进行加热的部件。
2.如权利要求1所述的微波烧结炉，其中所述加热部件包括加热器，用于对来自所述脱脂气体供应部件的脱脂气体在其到达所述炉体之前进行加热。
3.如权利要求2所述的微波烧结炉，还包括用于测量在所述炉体内含有的物体温度的部件；以及通过根据所述温度测量部件测量的温度控制所述加热器来控制提供给所述物体的脱脂气体温度的部件。
4.如权利要求1所述的微波烧结炉，其中所述加热部件包括设置在所述炉体内的加热元件，该元件由被微波加热的多孔材料制成，所述脱脂气体在经过所述加热元件之后提供给所述物体。
5.如权利要求1所述的微波烧结炉，其中所述炉体包括在设置有要被烧结物体的空间之外的至少两层绝缘元件，最内侧的绝缘元件具有与要被烧结的物体一致或类似的微波吸收特性。
6.如权利要求2所述的微波烧结炉，其中所述炉体包括在设置有要被烧结物体的空间之外的至少两层绝缘元件，最内侧的绝缘元件具有与要被烧结的物体一致或类似的微波吸收特性。
7.如权利要求3所述的微波烧结炉，其中所述炉体包括在设置有要被烧结物体的空间之外的至少两层绝缘元件，最内侧的绝缘元件具有与要被烧结的物体一致或类似的微波吸收特性。
8.如权利要求4所述的微波烧结炉，其中所述炉体包括在设置了要被烧结物体的空间之外的至少两层绝缘元件，最内侧的绝缘元件具有与要被烧结的物体一致或类似的微波吸收特性。
9.一种利用微波加热对物体进行烧结的微波烧结方法，该方法包括如下步骤向所述物体提供脱脂气体，同时利用微波加热该物体；以及停止所述脱脂气体的供应，利用微波加热所述物体对其进行烧结；其中所述脱脂步骤包括加热所述脱脂气体并将它提供给所述要被烧结的物体。
10.如权利要求9的微波烧结方法，其中所述脱脂步骤包括利用微波加热多孔材料和所述要被烧结的物体，向所述物体提供穿过所述多孔材料的脱脂气体。
全文摘要
本发明提供了一种微波烧结炉和微波烧结方法，其中要被烧结物体在脱脂过程中没有开裂或变形。微波烧结炉(1)包括含有要被烧结的物体(S)的炉体(2)，用于产生微波并将其引入到炉体内的单元(3，4)，用于向炉体(2)内提供脱脂气体的单元(8)，以及用于将脱脂气体在其到达要被烧结的物体(S)之前进行加热的单元(11)。
文档编号B22F3/10GK1410735SQ0213191
公开日2003年4月16日 申请日期2002年9月5日 优先权日2001年9月5日
发明者佐藤元泰, 高山定次, 水野正敏, 奥村和平, 笼桥章, 西尾彰, 佐藤俊雄, 松尾裕之, 大滝浩通, 岸幸男 申请人:文部科学省核融合科学研究所, 岐阜县, 株式会社电装, 高砂工业株式会社, 株式会社日本砂拉泰克