一種復(fù)合式微波燒結(jié)爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷燒結(jié)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合式微波燒結(jié)爐，具體為一種微波與電阻復(fù)合加熱的燒結(jié)爐及其使用方法，主要用于大尺寸納米陶瓷的燒結(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]燒結(jié)是陶瓷領(lǐng)域材料制備過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)粉體或者由粉體制成的坯體按一定的程序和溫度進(jìn)行加熱，使得粉體間空隙減少，粉體發(fā)生聚集，其內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，導(dǎo)致材料致密化，提升了材料的性能，甚至?xí)玫揭恍┬碌奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)。燒結(jié)過(guò)程的好壞可以直接影響到陶瓷的最終性能，因此燒結(jié)方式的選擇對(duì)于陶瓷的制備過(guò)程顯得極其重要。
[0003]目前燒結(jié)過(guò)程中常見(jiàn)的燒結(jié)爐是電阻式燒結(jié)爐，其加熱方式主要是電流流過(guò)高電阻率的加熱元器件，在爐體內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量通過(guò)熱輻射和對(duì)流的方式傳遞到爐內(nèi)的材料的外部，熱量再通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式由材料表面向內(nèi)部轉(zhuǎn)移，最終使得材料內(nèi)外部的熱量分布達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，從而達(dá)到加熱材料的目的。電阻式燒結(jié)爐使用電能產(chǎn)生熱量，能夠獲得燃?xì)饣蛉济核_(dá)不到的高溫，成功地取代了早期較為原始的加熱方式。然而，燒結(jié)過(guò)程中高溫的獲得需要消耗大量的電能，其產(chǎn)生的熱量由加熱元器件向材料轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，會(huì)造成大量流失，只有一部分熱量直接用于材料加熱，對(duì)能源造成了極大的浪費(fèi)，且由于熱量在材料體自外而內(nèi)的傳導(dǎo)方式，極易在材料內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度，造成材料各部分加熱不均勻，產(chǎn)生熱應(yīng)力，引起材料的開(kāi)裂，同時(shí)對(duì)材料內(nèi)部的形貌和結(jié)構(gòu)也能造成很大的影響，從而影響材料的性能。
[0004]微波是一種能量表現(xiàn)形式，可以在介質(zhì)中轉(zhuǎn)化為熱量。材料吸收微波能是材料中極性分子與微波電磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，在外加交變電磁場(chǎng)作用下，材料內(nèi)極性分子極化并隨外加交變電磁場(chǎng)極性變更而交變?nèi)∠?，如此眾多的極性分子因頻繁相互間摩擦損耗，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。也就是說(shuō)，微波加熱實(shí)際上是通過(guò)材料內(nèi)部分子振動(dòng)產(chǎn)生熱量，材料整體發(fā)熱后再向外界擴(kuò)散，從而使材料達(dá)到加熱效果。這種加熱方式可以解決加熱過(guò)程中材料內(nèi)部溫度梯度和熱應(yīng)力的問(wèn)題，同時(shí)使加熱時(shí)間大幅縮短，從而可以提高熱能的利用率，降低能源的浪費(fèi)。但是由于升溫速度過(guò)快，使得對(duì)溫度的精確控制變得更加困難，且由于微波加熱對(duì)于材料的性質(zhì)有很高的要求，對(duì)材料的加熱具有一定的選擇性，使得微波加熱技術(shù)在燒結(jié)領(lǐng)域不能大規(guī)模廣泛地應(yīng)用。
[0005]傳統(tǒng)的陶瓷燒結(jié)工藝一般使用的是電加熱燒結(jié)爐，但是隨著納米級(jí)陶瓷粉體的不斷發(fā)展和當(dāng)今提倡節(jié)能環(huán)保的大前提下，如何對(duì)新型大尺寸納米陶瓷進(jìn)行快速有效地?zé)Y(jié)，獲得結(jié)構(gòu)完整、性能良好的產(chǎn)品成了眾多技術(shù)人員要考慮的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)和研宄，提出一種復(fù)合式微波燒結(jié)爐及其使用方法，該燒結(jié)爐是一種傳統(tǒng)電阻式加熱和微波加熱相集成的加熱設(shè)備，通過(guò)兩者加熱方式的相互輔助作用，達(dá)到降低能耗，快速有效燒結(jié)的效果。
[0007]依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種復(fù)合式微波燒結(jié)爐，其包括電加熱控制系統(tǒng)、微波控制系統(tǒng)和長(zhǎng)方體形加熱爐；其中
[0008]a)電加熱控制系統(tǒng)，用于控制電加熱過(guò)程的升溫、保溫、降溫以及爐膛內(nèi)的真空度；
[0009]b)微波控制系統(tǒng)，用于操作控制微波發(fā)射器的開(kāi)啟、關(guān)閉，開(kāi)啟數(shù)量以及發(fā)射功率，可根據(jù)不同的要求達(dá)到不同的微波加熱效果；
[0010]c)長(zhǎng)方體形加熱爐，用于對(duì)材料進(jìn)行獨(dú)立的電加熱燒結(jié)、微波燒結(jié)及電加熱與微波復(fù)合燒結(jié)，可在真空環(huán)境下運(yùn)行，采用水循環(huán)進(jìn)行爐體冷卻。
[0011]進(jìn)一步地，電加熱控制系統(tǒng)將電加熱裝置、控溫裝置和真空控制裝置集成在一個(gè)控制柜中，電加熱控制系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)傳輸線與爐體的電加熱裝置、真空控制裝置相連；通過(guò)控制柜操作對(duì)電加熱裝置進(jìn)行設(shè)置，電加熱控制系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)方體形爐體內(nèi)物料進(jìn)行常壓或真卓作?士工如彡口 O
[0012]更近一步地，微波控制系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)線與爐體頂部的微波發(fā)射器相連，獨(dú)立于電加熱控制系統(tǒng)之外進(jìn)行操作，通過(guò)控制柜操作對(duì)微波發(fā)射器進(jìn)行設(shè)置，對(duì)爐內(nèi)物料進(jìn)行微波加熱燒結(jié)。
[0013]其中，微波控制系統(tǒng)和電加熱控制系統(tǒng)可單獨(dú)使用，亦可同時(shí)使用，達(dá)到不同的加熱效果。
[0014]優(yōu)選地，電加熱控制系統(tǒng)包括溫度記錄儀、電加熱裝置控制面板(溫控面板)、加熱控制按鈕、真空控制按鈕、真空度檢測(cè)儀；其中，溫度記錄儀與爐體測(cè)溫裝置相連，負(fù)責(zé)檢測(cè)爐膛內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度；電加熱裝置控制面板(溫控面板)用于設(shè)置包括加熱溫度、升溫速度、保溫時(shí)間、降溫速度的燒結(jié)工藝參數(shù)，從而控制燒結(jié)爐的電加熱過(guò)程；加熱控制按鈕包括“加熱開(kāi)始”按鈕和“加熱停止”按鈕，在溫控面板將燒結(jié)裝置設(shè)置完成后，按下“加熱開(kāi)始”按鈕可使燒結(jié)爐按照設(shè)置好的裝置開(kāi)始加熱，當(dāng)燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)冷卻水停止，裝置設(shè)置錯(cuò)誤等異常時(shí)，可按下“加熱停止”按鈕，使燒結(jié)爐不再加熱；真空控制按鈕包括“真空開(kāi)始”按鈕和“真空停止”按鈕，真空控制按鈕通過(guò)真空泵與爐體連接，可通過(guò)按鈕控制爐內(nèi)真空度；真空度檢測(cè)儀通過(guò)信號(hào)線直接與爐體連接，用于監(jiān)測(cè)爐內(nèi)實(shí)時(shí)真空度。
[0015]更優(yōu)選地，微波控制系統(tǒng)包括集成在一個(gè)控制柜中的微波發(fā)射器控制面板和微波功率顯示面板，其中微波發(fā)射器控制面板上顯示有與對(duì)爐膛頂部的8個(gè)微波發(fā)射器相對(duì)應(yīng)的8個(gè)觸控按鈕，可通過(guò)對(duì)觸控按鈕的操作可對(duì)每一個(gè)微波發(fā)射器單獨(dú)進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉，從而達(dá)到了控制爐膛內(nèi)微波加熱的目的；控制面板旁邊的功率顯示面板可實(shí)時(shí)顯示微波發(fā)射器開(kāi)啟時(shí)的工作功率；微波控制面板和微波功率顯示面板通過(guò)信號(hào)線與爐頂微波發(fā)射器相連，通過(guò)裝置控制和信號(hào)傳輸對(duì)發(fā)射器進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到微波加熱的目的。
[0016]此外，長(zhǎng)方體形加熱爐包括有效容積達(dá)到90厘米X 70厘米X 70厘米的長(zhǎng)方體形爐膛、爐頂和樣品臺(tái)；爐膛由內(nèi)向外依次為加熱元器件、耐火層、保溫層、防護(hù)層和外部鋼結(jié)構(gòu)組成；加熱元器件為U型硅鉬棒，分為四組安裝在爐膛四面內(nèi)壁；耐火層由高純氧化鋁耐火磚構(gòu)成，耐火層的外面為保溫層和防護(hù)層，保溫層由高純氧化鋁泡沫磚構(gòu)成；防護(hù)層在保溫層外部，由不銹鋼板組成，用于爐膛的保護(hù)；爐頂分布有8個(gè)尺寸和功率相同的微波發(fā)射器，每個(gè)發(fā)射器端口尺寸為80厘米*40厘米，按一定的位置排布；爐頂中央分布有I個(gè)鉑銠熱電偶和I個(gè)紅外溫度傳感器，熱電偶和紅外溫度傳感器通過(guò)信號(hào)線與電加熱系統(tǒng)控制柜相連；鉑銠熱電偶用于電加熱時(shí)爐膛內(nèi)部溫度的測(cè)定；紅外溫度傳感器發(fā)出的紅外線直接射在樣品臺(tái)上，用于樣品本身的溫度測(cè)定。
[0017]優(yōu)選地，電加熱控制系統(tǒng)用于控制燒結(jié)爐的電加熱裝置，爐膛內(nèi)的真空度，使燒結(jié)爐進(jìn)行常壓燒結(jié)或是真空燒結(jié)；微波控制系統(tǒng)用于控制爐膛的微波加熱裝置；長(zhǎng)方體形爐膛起著對(duì)爐內(nèi)物料進(jìn)行電加熱和微波加熱的作用。
[0018]依據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種使用上述復(fù)合式微波燒結(jié)爐的使用方法，該方法包括以下步驟:
[0019]I)將物料放置在爐膛底部的物料升降臺(tái)上，通過(guò)液壓裝置使升降臺(tái)上升與爐膛完全閉合；
[0020]2)進(jìn)行電加熱燒結(jié)時(shí)，開(kāi)啟電加熱控制系統(tǒng)電源，在控制柜上的電加熱裝置控制面板(溫控面板)上設(shè)置燒結(jié)工藝參數(shù)，包括:加熱溫度、升溫速度、保溫時(shí)間、降溫速度，設(shè)置完裝置后，開(kāi)啟循環(huán)冷卻水裝置，按下“加熱開(kāi)始”按鈕即可開(kāi)始燒結(jié)裝置。燒結(jié)爐會(huì)按照設(shè)置的裝置進(jìn)行燒結(jié)，裝置停止后燒結(jié)爐燒結(jié)過(guò)程自動(dòng)停止。電加熱燒結(jié)過(guò)程中，可隨時(shí)通過(guò)“加熱停止”按鈕將電加熱過(guò)程停止；
[0021]3)進(jìn)行微波加熱燒結(jié)時(shí)，開(kāi)啟微波控制系統(tǒng)電源，在控制柜上的微波發(fā)射器控制面板上按下微波發(fā)射器觸控按鈕，選擇要開(kāi)啟的微波發(fā)射器，發(fā)射器運(yùn)行后向爐膛內(nèi)發(fā)出微波，可對(duì)爐體內(nèi)具有介電性質(zhì)的物料進(jìn)行加