專利名稱：用于加工陶瓷制品的設備和方法
本申請要求由Araya于2000年12月29日提交的標題為“用于加工陶瓷制品的設備和方法”的美國臨時專利No.60/258,944的優(yōu)先權。
背景技術：
本發(fā)明涉及用于加工陶瓷材料的設備和方法。尤其，本發(fā)明涉及用于加工陶瓷材料，包括微波和傳統(tǒng)加熱相結合的設備和方法，特別是一種用于通過有槽的波導管控制微波功率的場強度以均勻分布貫穿陶瓷材料的功率、使由制品吸收的功率最大化，而使它的周圍物體吸收的功率最化小的設備和方法。
在陶瓷材料的加工中所使用的傳統(tǒng)加熱通常使用輻射的氣體火焰、電阻加熱等。使用傳統(tǒng)加熱通常會造成陶瓷材料內部的一熱差。這差異部分是由于輻射加熱僅施加于材料的表面和它依賴于材料的熱傳導率，通常在表面之下傳送熱能和進入工件的內部的性能較差。換句話說，傳統(tǒng)加熱包括主要由對表面的輻射或對流、然后是從表面進入陶瓷體的內部的傳導所實現(xiàn)的熱傳遞。如果核心—表面差異發(fā)展得太大，就可能產(chǎn)生陶瓷材料的內部開裂和變形?？焖冱c火使較差的熱傳遞和最終開裂的問題進一步惡化。
此外，核心-表面熱梯度的存在還能夠造成不均勻燒結，尤其是表面燒結發(fā)生在內部燒結之前，以及表面燒結比內部燒結以更快的速率進行。其后果，陶瓷材料可以展現(xiàn)不均勻的性質。
已提出了解決這些問題的一些方案，包括降低加熱速率或允許長時間保持某些溫度。這些方案的每一個都允許熱能被傳導進入陶瓷的核心之中，這又允許陶瓷材料的核心溫度“趕上”表面的溫度，從而使表面/核心溫度差最小。但是不幸的是，傳統(tǒng)加熱的理論限制通常會緩慢對大多數(shù)陶瓷材料的加熱速率，尺寸較小的陶瓷工件除外。
陶瓷的微波加熱已可供選用地、成功地用于燒制陶瓷材料。與傳統(tǒng)加熱比較，微波加熱包含按照體積加熱機理直接將能量放置在陶瓷材料內部。具體說來，使用微波能量包含將能量傳送到陶瓷物品的整個橫截面，而不是物品的表面。雖然陶瓷材料的微波加熱由于這種體積加熱比傳統(tǒng)的加熱快得多，當它單獨被利用時，像傳統(tǒng)加熱一樣也造成陶瓷物品有一熱差，不過它是一種相反的熱差，即陶瓷物品的核心比表面有較高的溫度。尤其是，用微波將陶瓷材料加熱到高溫時，陶瓷物品的內部很快開始吸收大部分微波能量，這種后果被稱為熱失控。
雖然陶瓷材料的表面與核心一起被加熱，但是表面很快向周圍失去它的許多熱能，周圍的溫度通常比陶瓷材料的平均溫度低。當核心開始優(yōu)先地吸收微波能量時，這熱失控現(xiàn)象變成自身傳播。簡單地說，當陶瓷材料溫度上升時，熱損失變大，核心-表面熱差值增加，再次導致其中的熱應力，以及最終陶瓷材料開裂。
除了從陶瓷材料的表面產(chǎn)生熱損失之外，在爐內微波功率分布的不均勻和陶瓷物品材料的不均勻性導致陶瓷材料有差別的吸收微波能量，以及造成微波加熱的熱差。
已有人提出組合微波/傳統(tǒng)加熱或微波輔助加熱作為一替換方案來克服只使用傳統(tǒng)和只使用微波加熱的問題。在包含微波和傳統(tǒng)加熱的微波輔助加熱之中，由微波提供的體積加熱對諸組成部分加熱，同時由氣體火焰或電阻加熱元件提供的傳統(tǒng)加熱通過將熱量提供給表面和它的周圍使離開諸組成部分的表面的熱量損失減至最少。這種組合的混合加熱能夠產(chǎn)生避免與僅僅傳統(tǒng)和僅僅微波燒制相關聯(lián)的熱分布的加熱。因此，能夠降低熱應力或使其最小，從而能夠更迅速加熱陶瓷物品。
雖然已提出多種實施的方法，但仍難于協(xié)調相應的微波和傳統(tǒng)功率輸入以實現(xiàn)陶瓷物品的最佳的均勻加熱。在PCT申請WO95/05058和WO93/12639以及美國專利No.5,191,183揭示了微波輔助陶瓷燒制標準控制方法的多種變化的方法。這些專利通常揭示單獨控制微波能量在陶瓷物品中所產(chǎn)生的熱量和通過測量在包含陶瓷物品的一容器內的環(huán)境溫度控制輻射熱。在環(huán)境溫度測量的基礎上并響應此測量，由微波能量或輻射熱的一或兩個控制陶瓷物品內所產(chǎn)生的熱量。雖然這種控制方法是對現(xiàn)有傳統(tǒng)控制方法的一改進，但爐內氣體和發(fā)生在陶瓷材料內的化學反應效果的不均勻混合造成難于精確預計陶瓷物品表面和內部溫度。
在大多數(shù)工業(yè)熱處理應用中加熱均勻性是最重要的。通常，在爐內在多層內堆集許多陶瓷物品以提高生產(chǎn)率。這提高了爐內適當數(shù)量熱量的均勻分布的重要性，以保證每件陶瓷被適當燒制，從而避免燒壞、開裂或其它不希望有的后果。在相對脆弱的未燒結的薄壁陶瓷蜂窩結構中均勻分布特別關鍵，在該結構中必須保持最小加熱應力，以在商業(yè)數(shù)量和可接受的加工產(chǎn)量中生產(chǎn)無裂縫的制品。
改進微波功率分布的方法包括在波導管的端部處或微波空腔的其它部分中使用攪動器。雖然，放置在微波口的前方的攪動器有助于使功率分布不規(guī)則，但是它們關聯(lián)有其它問題，例如高反射和需要對波導管加調諧器以使這反射功率的潛在損失最小以及在一熱環(huán)境中需要對于運動零件進行保養(yǎng)。
對使用攪動器的可被替換選用的方案包括使用多個波導管和有槽口波導管以爭取更均勻分布功率。但是，至今該技術缺乏一種爐結構，該結構能使微波加熱功率按需達到均勻的分布，以能夠提高每物件或制品零件所吸收的能量。
美國專利No.4,164,742涉及一有槽口波導管型束狀的天線陣列，如在雷達系統(tǒng)中通常所利用的、這波導管陣列的目的是從一槽口陣列孔產(chǎn)生多個微波束。具有聯(lián)接槽口(coupling slots)的兩個波導管在一公共邊界相連接，以形成用于雷達應用的分離的微波束。在用于生產(chǎn)陶瓷制品的一爐中，一般不采用微波束分裂(beam splitting)來提供一均勻的加熱圖形。
發(fā)明概要因此，本發(fā)明的一個方面是提供一設備和方法，用于在加熱陶瓷制品中所使用的一組合微波和傳統(tǒng)加熱系統(tǒng)中均勻分布微波功率，以克服上述系統(tǒng)中的缺點。
按照本發(fā)明的另一方面，提供加工包括多個陶瓷物品的一陶瓷材料的一方法，該方法包括將陶瓷材料放置在具有一微波空腔的一微波加熱設備中。陶瓷材料受到微波輻射和傳統(tǒng)加熱的復合作用。控制陶瓷材料的加工均勻性，使通過至少一個和較佳地一陣列的有槽口波導管、最好是枝狀的多個有槽口波導管將微波輻射施加于陶瓷材料以避免變形和開裂。該波導管或諸波導管被構造成在整個微波腔內基本均勻分布微波輻射。
當在一靜態(tài)系統(tǒng)中測量時，分布的均勻性使在傳送到該腔內的一第一位置中的一陶瓷物品的微波功率和傳送到該腔內的一第二位置中的一陶瓷物品的微波功率之間的最大偏差不超過25％左右。并且，在輸入到微波腔內的陶瓷制品的功率保持在15×10-3毫瓦/平方米的強度或超過這強度的情況下保持功率分布的均勻性。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一設備，該設備包括與微波腔相連通的一傳統(tǒng)加熱源。一微波功率源通過至少一有槽口波導管與微波腔連通。該至少一個有槽口波導管在整個微波腔內基本均勻地分布微波輻射，使進入微波腔中的一陶瓷材料的功率在約15×10-3毫瓦/平方米之上，并且，當在一靜態(tài)系統(tǒng)中測量時、在供應到該腔內的一第一指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率和供應到該腔內的一第二指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率的最大偏差不超過25％左右。
附圖簡述

圖1是按照本發(fā)明的一設備的側視圖。
圖2是按照本發(fā)明的一設備的一細節(jié)的側視圖。
圖3是示出了8個標準供應口的現(xiàn)有技術的一波導管結構的俯視圖。
圖4是示出了8個有直槽口的波導管的現(xiàn)有技術的一波導管結構的俯視圖。
圖5是表示出了8個有槽口的T形波導管的本發(fā)明的一波導管結構的俯視圖。
圖6是示出了8個有槽口的T形波導管的本發(fā)明的一波導管的結構的俯視圖。
圖7是示出了4個有槽口的T形和4個有槽口雙T形波導管的本發(fā)明的一波導管結構的俯視圖。
圖8是示出了8個有槽口的交錯的T形波導管的本發(fā)明的一波導管結構的俯視圖。
本發(fā)明的具體描述本發(fā)明涉及加工一陶瓷材料的一方法，該方法包括將陶瓷材料放置在具有一微波腔的一微波加熱設備中；使陶瓷材料受到微波輻射和傳統(tǒng)加熱的組合作用；以及，控制陶瓷材料加工的均勻度，使通過至少一個有槽口的波導管將微波輻射施加于陶瓷材料以避免變形和開裂，該至少一個有槽口的波導管基本均勻地將微波輻射分布在整個微波腔內，使輸入陶瓷材料的功率大于15×10-3毫瓦/平方米左右，并且，當在一靜態(tài)系統(tǒng)中測量時，在施加于該腔內的一第一指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率和施加于該腔內的一第二指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率之間的最大偏差不超過約25％。
較佳地，按照該方法，進入陶瓷材料的功率超過17×10-3毫瓦/平方米左右，并且，在供應到該腔內的一第一指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率和供應到該腔內的一第二指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率之間的最大偏差不超過約22％。
更較佳地，按照本發(fā)明，進入陶瓷材料的功率超過17.5×10-3毫瓦/平方米左右，并且，在施加于該腔內的一第一指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率和施加于該腔內的一第二指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率之間的最大偏差為17％左右或低于該數(shù)值。
在另一實施例中，本發(fā)明涉及一設備，該設備包括與一微波腔連通的一傳統(tǒng)熱源；以及，通過至少一有槽口的波導管與微波腔連通的一微波功率源，使微波輻射在整個微波腔內基本均勻分布，從而進入微波腔中的一陶瓷材料的功率超過15×10-3毫瓦/平方米左右，并且，當在一靜態(tài)系統(tǒng)中測量時，在供應到該腔內的一第一指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率和供應到該腔內的一第二指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率之間的最大偏差不超過25％。
較佳地，按照該設備，進入陶瓷材料的功率超過17×10-3毫瓦/平方米，并且，在供應到該腔內的一第一指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率和供應到該腔內的一第二指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率之間的最大偏差不超過22％左右。
更較佳地，按照該設備，進入陶瓷材料的功率超過17.5×10-3毫瓦/平方米，并且，在供應到該腔內的一第一指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率和供應到該腔內的一第二指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率之間的最大偏差為17％左右或低于該數(shù)值。
為本說明的目的，一靜態(tài)系統(tǒng)是一加熱系統(tǒng)，其中，在加熱期間制品不移動和在加熱期間在微波腔內沒有運動的機械零件，例如攪動器、轉臺和運動天線等。雖然本發(fā)明不局限于對靜態(tài)系統(tǒng)的使用，但是使用一靜態(tài)系統(tǒng)中的功率測量值用來與在各種波導管結構和組合爐設計中的入射功率大小和微波場均勻性作對比。
一有槽口的波導管是一微波輻射分布裝置，該裝置具有一槽口結構，其中諸槽口允許微波輻射通過波導管的側面逸入、輻射和/或滲入該設備。
按照本發(fā)明的用來產(chǎn)生微波的發(fā)生器源能夠構成具有一可調功率特性的任何傳統(tǒng)磁控管，或其它微波源。較佳地，所使用的入射微波的頻率將在所使用國家的一規(guī)定的工業(yè)、科學醫(yī)學(“ISM”)的頻帶之內，例如對于美國為約915兆赫或2.45千兆赫。在其它國家，類似頻率是規(guī)定的ISM頻帶。入射微波的功率不需要超過足以將陶瓷物品的溫度提升到有效加熱陶瓷物品的一溫度的功率。尤其，各微波發(fā)生器的各種功率級應為直至約100千瓦。
在一典型的系統(tǒng)中將能夠測量陶瓷物品的表面溫度和陶瓷物品中心附近的溫度，即核心溫度的一溫度測量系統(tǒng)連接于一控制單元。該控制單元單獨地控制微波功率源/控制器和傳統(tǒng)加熱源/控制器。這控制單元較佳地包括一可編程的邏輯控制器(“PLC”)和一計算機的組合。溫度測量系統(tǒng)與溫度傳感器協(xié)作能夠測量陶瓷物品的表面和核心溫度。在此使用的專業(yè)用詞“核心”是指陶瓷物品的內部或單個陶瓷物品的中心附近，但是能夠在陶瓷物品的內部的任何位置測量核心溫度以精確反應核心的溫度。適當?shù)膫鞲衅靼ɡ缫桓邷赜?或其它溫度自計設備)、一被屏蔽的熱電偶、光導管或黑體探頭。在一較佳實施例中，傳感器構成被屏蔽的熱電偶，該熱電偶包括未接地的S型或B型熱電偶形式的一向前延伸的溫度探頭和被裝入一接地的鉑外殼或其它高溫導電的外殼內。
在商業(yè)運作中，陶瓷材料用電磁微波輻射和傳統(tǒng)加熱進行加工，以控制核心和表面溫度。將陶瓷物品放置在具有一微波腔的一微波加熱設備中和遭受到受控組合的微波輻射和傳統(tǒng)加熱。微波輻射和傳統(tǒng)加熱的數(shù)量是按照一預定的時間-溫度曲線加熱陶瓷物品來確定的。要如此確定從室溫到燒結保溫溫度范圍的時間-溫度曲線，使將陶瓷材料在很短的時間內加熱到燒結保溫溫度，同時仍要使一陶瓷物品的生產(chǎn)，在燒結保溫溫度時隨后的保持之后，能展現(xiàn)出陶瓷材料所要求的特性，尤其是無開裂、無變形、具有目標性能的陶瓷產(chǎn)品。
圖1示出了按照本發(fā)明燒制陶瓷產(chǎn)品的一基本燒制系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括帶有一微波腔1的一個由微波提供能源的爐子20，在微波腔1內裝有待燒制的許多陶瓷物品3(例如陶瓷蜂窩結構)。爐子20包括例如鋁或非磁性不銹鋼的非磁性材料制成的一殼體22。在全部內壁上該殼體襯有高溫、低損耗隔熱材料24，例如礬土爐隔熱材料KVS-72或類似高純礬土。
一微波發(fā)生器4，例如一磁控管，直接或間接地通過連接于一有槽口波導管或波導管陣列12的一波導管道或多根波導管道5。來自波導管陣列的微波能量通過爐子20的頂部26中的許多孔口(未示出)送入空腔1。微波發(fā)生器4包括用于連續(xù)調節(jié)空腔1內的微波功率的一微波功率源/控制器6。
還提供一單獨控制的傳統(tǒng)熱源/控制器7，該傳統(tǒng)熱源/控制器7用于控制加熱空腔1的傳統(tǒng)加熱源8。適當?shù)募訜嵩?可以包括對流或輻射加熱裝置，包括但不局限于適于在一直接或間接燒制結構中進行加熱的傳統(tǒng)的電阻或氣體燃燒器元件。
在爐子20內待燒制的陶瓷物品3在其中可以由例如一爐車30的裝置支承，該爐車通常由金屬制成。微波阻擋件29通常位于爐子的壁和車子30之間，以防止微波功率的泄漏。爐車30可以裝備有一個或多個由高溫材料、例如碳化硅制成的架子或支承件28，來支承待燒制的物品。
圖2示出了組合爐的頂部26的一部分的一示意橫剖面端視圖，在該部分上裝有一波導管12。波導管12位于頂部的殼體22中的一孔口22a之上，使來自波導管的微波功率能夠通過這頂部和通過隔熱材料24直接進入下面的爐腔。有槽口波導管，例如波導管12，也可以或可被替換地位于爐子上的其它位置，包括爐子側面，不過頂部安裝通常是最方便的。由一蒸汽擋板25保護有槽口波導管，免受爐內環(huán)境的影響，該擋板較佳地由高純石英玻璃或其它低損耗材料例如云母制成，并可以位于爐子殼體和波導管之間的一過渡段之中，并由一硅橡膠粘合劑安裝在其中。
圖3是用于由微波提供功率的爐子的一現(xiàn)有技術波導管布置的示意平面圖，其中8根傳統(tǒng)波導管12a引導微波功率通過爐子頂部26a。在這種布置型式中，功率反射系數(shù)為7.8％左右。為了敘述的目的，將功率反射系數(shù)定義為反射功率的數(shù)值被入射功率的數(shù)值除后再乘以100。圖4示出了現(xiàn)有技術的另一波導管布置，其中定位8根有直槽口的波導管12a，引導功率通過爐子頂部26a。這種布置的功率反射系數(shù)為5％左右。
圖3和4的波導管布置沒有提供在用于有效燒制陶瓷產(chǎn)品，例如薄壁陶瓷蜂窩結構所必需的微波輸入功率級情況下，使陶瓷件的變形和/或開裂最小化所要求的微波功率分布的均勻性。另一方面，附圖中的圖5示出了本發(fā)明的一波導管布置，該布置提供了必需的均勻性。
更仔細地參閱圖5，它示意地示出了8個有分枝的有槽口波導管12，這些波導管稱為有槽口“T”形波導管并被適當定位，以充分的均勻性引導微波功率通過爐子頂部26，實現(xiàn)爐子內陶瓷材料或物品中的低的開裂程度。這種布置的功率反射系數(shù)為5.3％左右。附圖6中示出了關于一組有槽口“T”形波導管的一有效的可被替換的布置，該布置的特點是約3.2％的功率反射系數(shù)。
圖7示出了本發(fā)明的另一有分枝的波導管布置，它有4根有槽口“T”形波導管12和4根有槽口雙“T”形波導管，并被定位成通過爐子頂部26傳送微波能量。這種布置的功率反射系數(shù)為3.6％左右。附圖8還示出了按照本發(fā)明的另一波導管布置，它在微波空腔的頂部上有8根有槽口的交錯的“T”形波導管12。這種布置的功率反射系數(shù)是4.4％左右。
按照本發(fā)明的關于有分枝的、有槽口的波導管使用的“T”形設計與現(xiàn)有技術設計比較，提供了改進的微波功率分布的均勻性。雖然在附圖中畫出了本發(fā)明的有槽口波導管為具有一“T”形或雙“TT”形結構，本發(fā)明不局限于這結構，它意味著包括有其它幾何圖形的其它有分枝的波導管結構。
本發(fā)明的有分枝的有槽口的波導管有若干優(yōu)點。例如，較高的效率是這些波導管設計的一特征，如在帶有這些波導管的組合爐的供應口處測得的低反射系數(shù)所展現(xiàn)的那樣。展現(xiàn)出較高反射系數(shù)的較差設計的供應口(port)可導致火花并常要求冷卻系統(tǒng)。在由較傳統(tǒng)的現(xiàn)有設計所提供的供應口觀測的較高反射系數(shù)通常要求專門的絕緣設計、材料和結構。對于本發(fā)明的較有效的有槽口波導管一般不要求這些費用大的措施。
波導管設計，例如在現(xiàn)有技術中所示的那些，還可以要求狀態(tài)攪動器(modestirrer)。這些攪動器自身可能引起火花，尤其是在潮濕環(huán)境中，例如在燒結爐內可能產(chǎn)生的潮濕環(huán)境，這在某些情況下增加爐子火燒的危險。另外，它們構成了運動零件，這些運動零件在一燒制爐的熱濕環(huán)境中要求維護，最好避免這情況。
在本發(fā)明的上述和以下顯示的例子中示出的在特定波導管設計方面的變化當然可以用于使波導管性能適應于所涉及的特定設備和應用的特殊要求的目的。例如，可以修改槽口的尺寸以控制用于從輸入孔口傳播至一有槽口微波管結構的端部的輻射微波功率的數(shù)值。另外，可以調節(jié)和設計槽口的數(shù)量、諸槽口之間的距離和槽口的方向，以使改善所產(chǎn)生的功率均勻性?？梢圆捎眠B接孔控制在波導管陣列的每個分支中的功率數(shù)值。
可以通過進行沿槽口方向的調節(jié)來降低結構上的干擾，導致諸熱點的一較低的集聚。如附圖5-8所示，隨著離開源(source)的距離增加槽口得以逐漸分布，這一點可使微波更均勻地滲入。最重要地，在設計方面可以改變“T”形或其它分枝的波導管結構的側向腿部，以改進在加熱空腔內微波功率存儲形式(deposition pattern)的整體均勻性。最后可以改變相對空腔和載荷的波導管的位置來實現(xiàn)所要求的功率分布均勻性程度。
結合起來，這些修改可以改善功率存儲形式的均勻性，同時在輸入孔口處保持最小的反射功率。對發(fā)生器的最小的反射功率產(chǎn)生被改善的損壞保護，并提高了發(fā)生器的使用壽命以及在輸入孔口處的較低的功率集中(駐波)，從而使與這集中相關聯(lián)的可能產(chǎn)生的飛弧和破壞減至最少。
上述波導管布置可以用于低或高溫應用。事實上，對于溫度差異從環(huán)境溫度到載荷較低、較佳地低于150℃左右的某些種陶瓷，可以單獨使用微波加熱。
通過降低在波導管至空腔的接口處的總功率密度，在這里所述的波導管設計提供了對空腔的更有效的功率傳送。這便于簡化傳送口結構，并不需要攪動器和調諧器。此外，在微波孔口的前面必須設置隔熱材料的高溫應用之中，低功率密度使隔熱材料損壞或過熱的可能性降至最小。從而，對載荷可以施加更高功率級和可以縮短周期時間或改進其它加工。
如對于所涉及的特定應用的目的所要求的那樣，還可以改變波導管接口。一種可能性是利用波導管側壁作為微波空腔的支承件，其中需要額外的燒制空間還能夠排除波導管的包裹體。在這樣一種裝置中，用于爐子支承的一結構性的不銹鋼I梁的一側也用作一波導管側壁。另一選擇是直接在熱處理腔室的頂部或側壁中機加工波導管槽口，來降低關于燒制系統(tǒng)的波導管構件的整個制造成本。
還可以通過以下特定例子來理解本發(fā)明，這些例子用來示意說明而不是用于限制本發(fā)明。這些例子包括對于多種情況所進行的研究，這些情況包括在具有一微波空腔的一加熱設備中加熱陶瓷物品或材料和使陶瓷材料受到微波輻射和傳統(tǒng)加熱的組合作用。對于帶有一系列傳統(tǒng)標準波導管或傳統(tǒng)直槽口波導管的某些事例和對于帶有按照本發(fā)明的“T”形有槽口波導管的其它一些事例可使用所提供的使用的加熱設備。表1列出了各事例的結果，表2列出了來自這些研究的平均的事例結果。
對于諸例子中所報告的所有數(shù)據(jù)，使用了8根波導管來分布可得到的微波功率。在每個事例中所采用的8根波導管的每一根之中，將進入制品的功率標準化為5伏/米。
為用于這些例子，微波功率值以“毫瓦/平方米”為單位，使用在Utah大學所研制的多格有限差時域規(guī)則進行計算。例如參閱M.J.White，M.F.Iskander和Z.Yun所著的論文“帶有橫向介電能力的一個新3D FDTD多格技術”，(見2001年3月“微波理論和技術的IEEE”論文集，第49卷、第3號、第422-430頁)；以及，M.J.White，M.F.Iskander和Z.Huang所著的論文“關于三維實用的一多格FDTD規(guī)則的發(fā)展”，(見1997年“天線和傳播方面的IEEE”論文集，第45卷，第10，第1512-1517頁)。這些論文的全部內容結合在此供參考。所吸收的總功率可隨制品的形式和尺寸而改變，但走向在各事例中是保持相同的。
表1 各事例結果
表2源類型的平均結果
如表1和2中的數(shù)據(jù)所建議，與現(xiàn)有技術標準孔口設計相比較，采用本發(fā)明的有槽口的波導管將約40％更多的功率送入制品。利用現(xiàn)有技術孔口(約12.7單位吸收率(“SAR”)、代表了3個事例的平均值)、現(xiàn)有技術有直槽口的波導管(約17.1SAR，代表5個事例的平均值)和本發(fā)明的T形或彎曲形有槽口的波導管(約17.8SAR，代表4個事例的平均值)，制品內的功率之間有顯著差別。
雖然有直槽口的波導管對制品提供了類似的功率，但采用T形有槽口的波導管可獲得更均勻的場強度。沿著諸行和諸列，T形有槽口的波導管與有直槽口的波導管(平均約31.4％和約23.5％)相比顯示了SAR中的最小差異(平均約18.0％和17.6％)。這代表沿諸行的偏差中有約42％的下降以及沿諸列的偏差中有約25％的下降。參閱源平均結果(見表2)。
標準輸入孔口設計相對采用本發(fā)明的T形有槽口的波導管所獲得的結果顯示了有比較能力的偏差(平均約18.3％和約19.3％)。但是，如上所述，當與本發(fā)明相比較時，標準輸入孔口設計將小得多的功率送入制品。
應該理解，雖然參照本發(fā)明的某些示意的和特定的實施例詳細敘述了本發(fā)明，對于本技術領域的那些技術人員應該理解在不離開如所附權利要求書所規(guī)定的本發(fā)明基本原理和廣寬范圍的情況可以有許多修改。
權利要求
1.一種加工一陶瓷材料用的方法，該方法包括將陶瓷材料放置在具有一微波空腔的一微波加熱設備之中；使陶瓷材料受到微波輻射和傳統(tǒng)加熱的組合作用；以及控制陶瓷材料加工的均勻性，使通過至少一根有分枝的有槽口的波導管將微波輻射施加于陶瓷材料以避免變形和開裂，該波導管使微波輻射基本均勻分布在整個微波空腔內。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，進入陶瓷材料的功率超過約15×10-3毫瓦/平方米，在施加于該空腔內的一第一指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率和施加于該空腔內的一第二指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率之間的最大偏差不超過約25％。
3.按照權利要求1的方法，其特征在于，進入陶瓷材料的功率超過約17.5×10-3毫瓦/平方米，在施加于該空腔內的第一指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率和施加于該空腔內的第二指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率之間的最大偏差為約17％或在其之下。
4.按照權利要求1的方法，其特征在于，控制陶瓷材料加工的均勻性包括選擇在波導管中的槽口的數(shù)量，以使微波輻射在整個微波空腔內基本均勻分布。
5.按照權利要求1的方法，其特征在于，控制陶瓷材料加工的均勻性包括選擇在波導管中的槽口的所需尺寸，以使微波輻射在整個微波空腔內基本均勻分布。
6.按照權利要求1的方法，其特征在于，控制陶瓷材料加工的均勻性包括選擇在波導管中槽口的所需位置，以使微波輻射在整個微波空腔內基本均勻分布。
7.按照權利要求1的方法，其特征在于，控制陶瓷材料加工的均勻性包括提供至少一根有分枝的“T”形波導管。
8.按照權利要求7的方法，其特征在于，控制陶瓷材料加工的均勻性包括選擇在有分枝的波導管中的槽口的所需數(shù)量，以使微波輻射在整個微波空腔內基本均勻分布。
9.按照權利要求7的方法，其特征在于，控制陶瓷材料加工的均勻性包括選擇在有分枝的波導管中的槽口的所需尺寸，以使微波輻射在整個微波空腔內基本均勻分布。
10.按照權利要求7的方法，其特征在于，控制陶瓷材料加工的均勻性包括選擇在有分枝的波導管中槽口的所需位置，以使微波輻射在整個微波空腔內基本均勻分布。
11.按照權利要求7的方法，其特征在于，通過諸連接孔連接有分枝的波導管。
12.按照權利要求1的方法，其特征在于，所述有槽口的波導管包括微波空腔的一支承結構。
13.按照權利要求1的方法，其特征在于，還包括在微波空腔中保持一含濕環(huán)境。
14.一種設備，它包括與一微波空腔連通的一傳統(tǒng)加熱源；以及通過至少一根有槽口的波導管與微波空腔連通的一微波功率源，該波導管使輻射在整個微波空腔內的微波基本均勻分布。
15.按照權利要求14的設備，其特征在于，進入陶瓷材料的功率超過約15×10-3毫瓦/平方米，在施加于該空腔內的一第一指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率和施加于該空腔內的一第二指定區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率之間的最大偏差不大于約25％。
16.按照權利要求14的設備，其特征在于，進入陶瓷材料的功率超過約17×10-3毫瓦/平方米，在施加于該空腔內的一第一區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率和施加于該空腔內的一第二區(qū)域中的陶瓷材料的微波功率之間的最大偏差為約17％或在其之下。
全文摘要
用于加工陶瓷材料的設備和方法包括將陶瓷材料放入具有一微波空腔的一微波加熱設備中；使陶瓷材料受到微波輻射和傳統(tǒng)加熱的組合作用；控制陶瓷加工的均勻性，使通過至少一根有分枝的直槽口的波導管將微波輻射施加于陶瓷材料避免變形和開裂，該波導管使輻射在整個微波空腔中的微波基本均勻分布。
文檔編號H05B6/80GK1488234SQ01822354
公開日2004年4月7日 申請日期2001年12月20日 優(yōu)先權日2000年12月29日
發(fā)明者C·R·阿拉亞, C R 阿拉亞, M·F·伊斯坎德爾, 伊斯坎德爾, E·M·維連諾, 維連諾 申請人:康寧股份有限公司