一种基于微波加热的钻头装置的制作方法

本发明涉及工业钻孔、切割、破碎技术领域中的微波加热钻头装置，其特征是利用微波对非导电性材料进行钻孔的设备，主要应用于建筑、装修、材料切割、岩石破碎以及矿山钻井等对坚硬的非传导材料进行处理的行业领域。

背景技术：

目前，钻孔、切割、破碎技术领域主要采用机械装置，主要通过提高钻头的动能来实现，因此也往往具有噪声、振动、粉尘等伴随产物，效率低，对建筑工人、钻井工程师、地质勘探工作者人体有一定的危害。目前，国内外还未见微波加热钻头技术产品在建筑装修领域现场应用的文献报道。

技术实现要素：

为克服传统钻头切削装置具有噪声、振动、粉尘等不足，本实用新型发明的目的是为了发开一种更加安静、平和、便捷的钻头，使得钻孔、切割、破碎等作业时能减少噪声、振动和粉尘等伴随产物，更加高效。

为解决上述技术问题，本发明采用如下系列技术方案：

提供一种具有以下结构的钻头：它包括微波发生器、微波适配器、矩形波导、矩形-同轴波导转化器、同轴波导、近场能量汇聚器以及控制电路。其特征是微波发生器通过微波适配器与矩形波导连接，矩形-同轴波导转化器连接矩形波导与同轴波导，近场能量汇聚器位于同轴波导末端，与待处理非导电性材料进行接触。

微波发生器由功率可调的供电系统供电。

同轴波导由外部导电壳、绝缘套筒组成。

近场能量汇聚器由外部导电壳、绝缘套筒、调谐反射镜、绝缘支撑和电极针构成，电极针位于同轴波导内部中心，与同轴波导同轴。

电极针连接有旋转驱动机构，该旋转驱动机构包括单一电机或者电机与变速器结合的驱动机构。

电极针本身也起到钻头的作用，在微波钻处理材料过程中，在材料表面会发生快速的热失控现象，产生一个局部热点，钻头就会沿着热点的方向进行钻进。

电极针横向尺寸小于微波的波长。

基于微波加热的钻头属于一种热能钻孔装置，本发明的创新之处在于将微波能量通过近场能量汇聚器，集中于电极针周围的区域，利用热失控效应，达到对非导电性材料进行钻孔或切削等作业。

本发明的新颖之处，就是利用了平时研究和工程应用中不常涉及到的微波近场能量和热失控效应。由麦克斯韦电磁方程组可以解出，在近场区，电场矢量E、磁场矢量H相位差为90度。由波印廷定理可知，瞬时波印廷矢量为虚数，能量不发生辐射，因此会在近场区储存能量，电磁场强度大。热失控效应所指的情况是，当温度增高时引发的变化使温度更进一步的增高，高温的物体对微波又更好的吸收效果，也就是说，当材料表面的某个局部温度升高后，在微波的照射下，这部分材料会吸收大部分微波能量，导致温度进一步提高，产生恶性循环，因而导致某一种破坏性的结果。这是一种正回馈。

本实用新型的有益效果是，利用微波近场能量以及热失控效应，可以制备成相对简单和便携的钻削工具，作为一种非接触式的物理辅助破岩方法，不会给钻头带来新的冲击、磨损等附加损害，不会产生噪音以及粉尘，不需要高速旋转的钻头，而且对作业材料进行先期处理，降低钻头的工作难度，有效降低钻进过程中钻柱的振动并且可以提高效率。因此大大降低了建筑装修行业对施工时间的限制以及对施工人员的伤害。

附图说明

图1是微波加热钻头的工作流程示意图

图2是微波加热钻头的结构示意图

图3是能量汇聚器结构示意图

图中：

1微波发生器 2微波适配器 3矩形波导管

4矩形-同轴波导转换器 5同轴波导管

6能量汇聚器 7电极针

8绝缘套筒 9外部导电壳

10调谐反射镜 11绝缘支撑。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型发明做进一步详细说明。

如图1、图2和图3所示：

本实用新型发明，它包括微波发生器1、微波适配器2、矩形波导管3，矩形-同轴波导转换器4，同轴波导管5和能量汇聚器6。

基于上述实施例的微波加热的钻头装置进一步包括：

能量汇聚器由外部导电壳9、绝缘套筒8、调谐反射镜10、绝缘支撑11和电极针7。

参见附图1和附图2，微波发生器由外部控制电路供电，可变功率，微波发生器1产生微波，经过微波适配器2，微波能量进入矩形波导管3，

进一步的，矩形波导管3将微波向前传输，降低微波能量损耗。

进一步的，微波经过矩形-同轴波导转换器4，进入同轴波导管5，微波由同轴波导管传输。

进一步的，微波进入能量汇聚器6，通过调节能量汇聚器中的协调反射镜10，使得微波能量汇聚于电极针7处。

进一步的，电极针7与待作业材料接触，微波能量在接触点表面下产生热点，热点温度进一步升高，发生热失控，进而将待作业材料融融。

进一步的，电极针由驱动机构推动先轴向前进，进而将材料穿透。

进一步的，绝缘套筒8对外部导电壳9起支撑和固定作用。

进一步的，绝缘支撑11对电极针7起支撑和固定作用。