[发明专利]使用红外辐射均匀加热玻璃和/或玻璃陶瓷的方法和装置

说明书

本发明涉及使用红外辐射均匀加热半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷的方法，其中在20-3000℃的温度范围内对玻璃和/或玻璃陶瓷进行热处理，以及均匀加热半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷的装置。

为了调节半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷的某些材料特性，例如大多数情况下是在退火点(粘度η＝10^14.5dPas)以下的温度下加热，使之陶瓷化。在成型过程中，尤其是在加热后处理过程中，将半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷加热至加工点(粘度η＝10¹⁴dPas)或以上。一般情况下在退火点以下，视玻璃种类而定在282-790℃之间，而通常加工点是至1705℃。

迄今为止，在现有技术中理想的方式是例如表面加热半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷，使之陶瓷化。表面加热方法的特点是向需加热的物体表面和/或表面附近层施加热源总热效率的至少50％热量。

如果辐射源是黑色或灰色的并且具有1500K的着色温度，那么在2.7微米以上的波长范围内热源辐射总辐射功率的51％。如果使着色温度低于1500K，例如通常是用电阻加热元件加热，那么在2.7微米以上处还要大大高于51％的辐射功率。

因为大部分的玻璃在该波长范围内具有吸收端，所以表面或表面附近层吸收的辐射达辐射功率的50％或50％以上。因此可引入表面加热概念。另一种可能性是用煤气火焰加热玻璃和玻璃陶瓷，其中，通常的火焰温度达1000℃。这种加热大部分是靠加热气体在玻璃或玻璃陶瓷的表面上直接传递热能而进行的，以致于在这种情况下是以表面加热为主。

通常，对于上述表面加热，是加热位于面对热源的玻璃或玻璃陶瓷的表面和/或表面附近层。玻璃体和/或玻璃陶瓷体的其它部位是通过玻璃或玻璃陶瓷内部的热传导加热的。

因为玻璃和/或玻璃陶瓷的热导率一般很低，在1W/(mK)范围内，所以为了少量地保持玻璃和/或玻璃陶瓷内的应力，必须总是缓慢地加热物质密度提高的玻璃和/或玻璃陶瓷。

已知体系的另一个缺点是为了均匀地加热表面，必须用加热元件完全覆盖玻璃或玻璃陶瓷的表面。

因此，传统的加热方法存在着局限性。例如优选采用由铬铝钴金属丝(Kanthaldrahten)的电阻加热，例如在1000℃时可使壁的最大负荷仅达到60kW/m²，而全面的黑色辐射器在同一温度下辐射的功率密度可达到149kW/m²。

在加热元件致密的填充物中，与较高壁负荷相提并论的是依靠本身相互加热，结果因产生的蓄热过分而缩短了加热元件的使用寿命。

假如不能或不能充分均匀地加热玻璃或玻璃陶瓷，那么必然导致加工过程和/或产品质量的不均匀。例如在加工进程中在玻璃陶瓷的陶瓷化过程中导致玻璃陶瓷的弯曲或撕裂的非正规性。

DE4202944C2公开了一种方法和装置，包括利用红外辐射器快速加热厚度在2500纳米以上的具有高吸收性的材料。为了使从红外辐射器辐射出的热量能迅速传递到材料中，DE4202944C2推荐使用一种辐射转换器，由该辐射转换器辐射出一定波长的二次辐射，与一次辐射相比辐射移向长波区。

US-A-3620706描述了一种使用短波红外辐射器深度均匀加热透明玻璃的方法。根据US-A-3620706的方法，包括所使用的辐射在玻璃中的吸收长度要比需加热玻璃物体要大很多，致使大部分入射的辐射线穿过玻璃并且在玻璃体的各点的单位体积的吸收能几乎相同。但是这种方法存在的缺点是不能保证均匀地辐射玻璃物体的整个表面，造成需加热的玻璃上形成红外辐射源的强度分布。此外，在该方法中，只利用了所用电能的一小部分加热玻璃。

因此，本发明的目的是提供一种均匀加热半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷的方法和装置，并克服了上述的缺点。

本发明的目的是通过如下方法实现的，以概括方法而言，包括通过直接作用在玻璃和/或玻璃陶瓷上的红外辐射部分(Anteil)以及间接作用在玻璃和/或玻璃陶瓷上的红外辐射部分加热半透明和/或透明的玻璃和/或玻璃陶瓷，其中间接作用在玻璃或玻璃陶瓷上的辐射部分高于总辐射功率的50％，优选高于60％，更优选高于70％，特别优选高于80％，最优选高于90％，最最优选高于98％。

优选地是，红外辐射时短波红外辐射具有的着色温度高于1500K，优选高于2000K，更优选高于2400K，特别优选高于2700K，最优选高于3000K。