[发明专利]陶瓷的微波干燥方法

说明书

本申请要求1999年7月7日提交的，发明人为Carlos R.Araya的美国临时申请号60/142，610题为“Method for Microwave Drying of Ceramics”申请的优先权.

                           发明背景

1.发明领域

本发明涉及制造陶瓷材料的方法。尤其，本发明涉及微波加热并干燥陶瓷的方法，具体而言涉及可变并有效控制功率和加热/干燥速率的方法。

2.相关技术的描述

传统的加热或干燥通常包括对流或对流和辐射组合气体或电阻加热，这通常用在陶瓷材料的制造中。然而，与这些传统加热方法关联的缓慢的加热速率和较差的温度控制导致了较高的能量消耗和不稳定的产品质量。此外，由于这两种加热模式只施加在表面，并依赖于陶瓷体的热传导使表面温度影响陶瓷片的中心，所以利用这两种加热模式通常会导致陶瓷体中的热值差。

微波辐射的工业加热已成功地用于加速传统陶瓷的干燥。与对流加热相比，在实质吸收处微波加热提供了较高的速率，具有较好的温度控制，因此导致较低的能量消耗和潜在的较佳质量的产品。此外，利用微波能量能将均匀施加的能量传送到陶瓷制品中，而非像上述对流和辐射模式加热的情况那样施加在制品表面。最后，由于通过微波能量和陶瓷体的交互作用直接加热陶瓷体，所以微波加热比传统干燥快得多。

虽然微波加热比诸如对流和辐射加热的传统模式更快并更有效，但是标准微波加热通常包括用恒定功率的定点控制微波能量，以确定陶瓷体遭受的微波量。通常，该功率输出被设置在某些值，以确保反射功率从不超出制造规格；也就是假设恒定负荷和材料介电特征的功率输出。使用该传统方法控制微波加热的不理想结果是不能补偿微波中材料质量的任何变化(负荷)，或负荷介电特征的变化，或形状或密度的变化(也就是变化高度和长度)。因此，由于加热过程中不同时刻的功率输入远低于陶瓷负荷所能运用的，所以微波加热效率很低。该低效率迫使当前的干燥过程要适应干燥设备的容量；也就是增加了待干燥制品的滞留/干燥时间，因此限制了待干燥材料的吞吐量，并且在很多情况下在被处理的材料中产生缺陷。总之，用于在大范围的反射功率中工作，致使传统的微波干燥控制迫使设备在低效或缩短磁控管寿命的功率电平下使用。

PCT申请WO93/12629中揭示了在陶瓷材料的加热中防止热逸散并提高微波效率的方法。其中提供的装置包括微波谐振腔、用于产生微波的磁控管和连续控制磁控管功率的装置，其中装置包括温度控制系统，特别是光纤高温测定系统和固态控制电路。该“控制微波功率的装置”响应陶瓷品温度设定值和陶瓷品温度测量值之间的任何差值，以控制磁控管的功率。虽然该装置能够响应温度参数提供微波能量的可变功率源，因此控制陶瓷的温度以防止热逸散，但它仍然不够完善。特别是使用利用光纤高温测定法的温度控制系统只测量陶瓷的外表面温度，而不能测量陶瓷中心的温度。同样地，在陶瓷片的表面和中心之间产生了较高的温度差，最终在产品中产生会导致不均匀干燥和潜在缺陷的应力，该缺陷如破裂、起泡和/或裂隙。

                          发明内容

因此本发明的目的是提供高效且有效微波加热陶瓷的装置和方法，它能克服对流和辐射加热以及传统微波加热的缺点。

本发明一方面提供陶瓷微波加热的装置，它包括可调功率微波源用于将微波功率导入连续吞吐量的微波谐振腔。该装置还包括微波功率控制系统，用于可变地控制传送到微波谐振腔中的功率。该系统的第一部分包括反射功率检测器，用于检测谐振腔中陶瓷材料反射的微波功率。该反射功率检测器测量来自谐振腔的反射功率值，并将反射功率输出值与预置反射输出值比较，以产生表示测量出的与设置的反射值之间差值的输出信号。该系统的第二部分包括微波控制器，它接收来自反射功率检测器控制器的输出信号，并调节可调微波的功率，致使反射功率输出信号保持在或接近于预置输出信号值。

本发明的另一方面涉及干燥陶瓷材料的方法，该方法包括将陶瓷材料放置在具有连续吞吐量微波谐振腔的微波加热装置中，并通过用来自可调微波功率源的电磁微波辐射照射陶瓷材料使它遭受预定初始量的热能。该方法还包括连续测量微波谐振腔中陶瓷材料的反射功率输出信号，和连续控制陶瓷材料遭受的微波辐射量，使得产生的反射功率输出信号保持在预置的反射功率值。

                  附图说明

图1是说明本发明一个实施例的装置的框图；

图2是说明这里所述本发明干燥方法的流程图。