УСТАНОВКА МИКРОВОЛНОВОГО СПЕКАНИЯ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В КЕРАМИЧЕСКОМ КОРПУСЕ СЕРДЕЧНИКА СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H05B6/64 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к установкам для нагрева композитных материалов в керамическом корпусе сердечника свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания с использованием микроволновой (сверхвысокочастотной - СВЧ) энергии.

Известна электрическая проходная печь для спекания стеклогерметика, содержащая камеру нагрева, конвейер подачи изделий в зону спекания, источник нагрева (см. Полищук Ю.Ф., Заволокин А.Б., Басс Б.А. Производство свечей зажигания с применением автоматических роторных линий. Учебное пособие по проведению технологической практики. Ульяновск, 1997, стр.107, строки 4-11 снизу).

Недостатками этой печи являются:

- большие удельные затраты электроэнергии;

- сравнительно большое время спекания;

- сравнительно малая производительность из-за пульсирующего режима работы;

- большая занимаемая площадь;

- наличие одной камеры нагрева с высокой температурой в пределах 800-900°С, ведущей к разрушению корпуса из-за его неравномерного остывания в результате возникновения “критического” перепада температур между керамическим корпусом и электропроводящим герметизирующим составом.

Известно устройство для сверхвысокочастотной (СВЧ) термообработки крупных керамических деталей (см. заявку РФ №94013169, Н 05 В 6/64, 1995). Оно содержит многомодовую камеру СВЧ-нагрева, на верхней стенке которой установлен Г-образный волноводно-щелевой возбудитель с двумя группами взаимно перпендикулярных полуволновых щелей над двумя окнами связи, выполненными на верхней стенке камеры нагрева, а напротив окон связи у днищевой стенки установлены под углом к падающему лучу отражатели СВЧ-энергии.

Для установки обрабатываемых изделий камера содержит диэлектрические подставки, опирающиеся на три-четыре диэлектрические стойки, каждая из которых содержит прямоугольное гнездо с размещенным в нем металлическим шаром, частично выступающим вниз и опирающимся на днище камеры.

Это устройство по сравнению с предыдущим устройством имеет следующие преимущества:

- меньшие удельные затраты электрической энергии;

- меньшее время спекания;

- в рабочем объеме камеры нагрева поддерживается менее высокая температура (500-600°С), что обеспечивает меньшую температуру нагрева керамического корпуса, а значит, и меньший перепад температур между этим корпусом и электропроводящим герметизирующим составом в ходе дальнейшего охлаждения.

Однако оно имеет следующие недостатки:

- сравнительно малая производительность из-за периодического режима работы;

- наличие одной камеры нагрева со сравнительно высокой температурой (500-600°С) ведет к разрушению керамического корпуса сердечника свечи зажигания вследствие неравномерного нагрева и последующего охлаждения герметизирующего состава и керамического корпуса из-за различной их теплопроводности.

Известна установка для СВЧ-обработки диэлектрических материалов (см. патент РФ №2126606), содержащая СВЧ-генератор, камеру с размещенными в ней блоком загрузки, блоком выгрузки, вентилятором и балластным поглотителем, волновод, выход которого введен в камеру, а вход соединен с выходом СВЧ-генератора, излучателем, дополнительные СВЧ-генераторы, балластные поглотители и волноводы, выходы которых введены в камеру, а входы соединены с выходами дополнительных СВЧ-генераторов, выходы всех волноводов соединены с выходами соответствующих излучателей, которые расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси камеры, симметрично относительно этой оси, балластные поглотители расположены на внутренней поверхности стенок камеры, напротив выходных раскрывов излучателей. Кроме этого, выходные раскрывы излучателей заглушены радиопрозрачными вкладышами, а транспортер расположен внутри камеры вдоль ее параллельной оси.

Это устройство взято за прототип, т.к. имеет наибольшее количество общих признаков с предложенным решением.

Оно имеет более высокую производительность по сравнению с предыдущим аналогом из-за непрерывного режима работы.

Однако при использовании этого устройства для спекания композитного материала в керамическом корпусе сердечника свечи зажигания наличие одной камеры нагрева с постоянной сравнительно высокой температурой (500-600°С) ведет к разрушению керамического корпуса вследствие неравномерного разогрева и последующего охлаждения герметизирующего состава и керамического корпуса из-за их различной теплопроводности.

Задачей изобретения является обеспечение в рабочем пространстве установки более низкой температуры (100-200°С) для спекания композитного материала в керамическом корпусе сердечника свечи зажигания, что уменьшает возможность разрушения керамического корпуса за счет разделения камеры СВЧ-обработки на два отделения (отделение нагрева и отделение спекания), а также уменьшение удельных затрат электрической энергии.

Поставленная задача достигается тем, что в установке микроволнового спекания композитного материала в керамическом корпусе сердечника свечи зажигания, содержащей камеру СВЧ-обработки, излучатели микроволновой энергии, волноводы и блоки с балластным поглотителем, камера СВЧ-обработки выполнена в виде двух встречно-параллельных отделений нагрева и спекания Е-секторальной формы, разделенных перегородкой, в которой выполнен шлюз для прохода транспортера из одного отделения в другое, а балластные поглотители выполнены с различным коэффициентом поглощения.

Причем коэффициент поглощения балластного поглотителя отделения нагрева больше коэффициента поглощения балластного поглотителя отделения спекания.

На фиг. 1 представлена предлагаемая установка микроволнового спекания композитных материалов в керамическом корпусе сердечника свечи зажигания, вид сверху;

на фиг.2 - то же, вид сверху;

на фиг.3 - сердечник свечи зажигания, обрабатываемый на предлагаемой установке.

Установка содержит камеру нагрева, имеющую отделение 1 предварительного нагрева и отделение 2 спекания, разделенные между собой перегородкой 3. Оба отделения выполнены Е-секторальной формы и имеют при виде сверху узкую и широкую части. В каждом отделении со стороны узкой части размещены рупорные излучатели 4 и 5. Плоскость раскрыва рупорных излучателей 4 и 5 перпендикулярна продольным осям 6 и 7 соответственно и симметрична относительно этих осей. Рупорные излучатели 4 и 5 соединены прямоугольными волноводами 8 и 9 с источниками микроволновой энергии (СВЧ-генератором) 10 и 11 соответственно. СВЧ-генераторы 10 и 11 имеют системы охлаждения, питания и управления (не показаны). В каждом отделении напротив рупорного излучателя со стороны широкой части расположен блок балластного поглотителя 12 и 13 соответственно.

В отделении 1 установлен блок загрузки 14, в а отделении 2 спекания установлен блок выгрузки 15.

Отделения 1, 2 расположены встречно-параллельно друг другу, т.е. продольные оси 6 и 7 отделений параллельны между собой и рупорные излучатели 4 и 5 расположены навстречу друг другу. В перегородке 3 выполнен шлюз 16 для прохода транспортера 17 с обрабатываемыми изделиями и для защиты от взаимопроникновения электромагнитной энергии.

Установка может быть выполнена как в виде двух отделений, разделенных перегородкой, так и в виде двух отдельно стоящих камер, между которыми должна быть обеспечена связь в виде шлюза для прохода транспортера и для защиты от взаимопроникновения электромагнитной энергии.

Поглотители 12 и 13 имеют различный коэффициент поглощения, в частности коэффициент поглощения балластного поглотителя 12 больше коэффициента поглощения балластного поглотителя 13. Это условие необходимо для обеспечения равномерного распределения электромагнитной энергии в отделении 1 и концентрации энергии в отделении 2.

Работает установка следующим образом.

На транспортер 17 устанавливают керамические корпуса сердечников свечей зажигания, внутри которых находится композитный материал. В качестве композитного материала может быть использован электропроводящий герметизирующий состав, резистивный герметизирующий состав и т.д. Через блок загрузки 14 изделия поступают в отделение 1 предварительного нагрева, где происходит нагрев керамического корпуса сердечника свечи зажигания и композитного материала до 200-300°С. Далее через шлюз 16 изделие поступает в отделение спекания 2, где осуществляется быстрый и кратковременный (в течение 5 секунд) разогрев до температуры спекания (800-900°С) композитного материала, находящегося внутри керамического корпуса свечи зажигания. Дальнейший разогрев керамического корпуса в этом отделении не происходит из-за кратковременности нахождения изделий в отделении 2 спекания, вследствие малой его теплопроводности. При таких условиях композитный материал внутри керамического корпуса успевает разогреться до 800-900°С, а сам корпус не успевает нагреться до такой температуры. Следовательно, температура керамического корпуса меньше температуры композитного материала и, значит, снижается градиент температуры ниже критического в процессе дальнейшего охлаждения изделия из-за разницы в объеме, массы и коэффициента теплопроводности керамического корпуса и композитного материала.

Таким образом, преимуществом предложенного решения по сравнению с прототипом является обеспечение спекания композитного материала при сравнительно низкой температуре, что способствует уменьшению возможности возникновения трещин в керамическом корпусе сердечника свечи зажигания.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к установкам для нагрева композитных материалов в керамическом корпусе сердечника свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания с использованием микроволнового (сверхвысокочастотной - СВЧ) энергии. Техническим результатом является обеспечение в рабочем пространстве установки сравнительно низкой температуры для спекания композитного материалов в керамическом корпусе сердечника свечи зажигания, что уменьшает возможность разрушения керамического корпуса за счет разделения камеры СВЧ-обработки на два отделения (отделение нагрева и отделение спекания), а также уменьшение удельных затрат электрической энергии. Установка содержит камеру СВЧ-обработки, излучатели микроволновой энергии, волноводы и блоки с балластным наполнителем наполнителем. Камера СВЧ-обработки выполнена в виде двух встречно-параллельных отделений нагрева и спекания Е-секторальной формы, разделенных перегородкой, в которой выполнен шлюз для прохода транспортера, а балластные поглотители выполнены с различными по величине коэффициентами поглощения, при этом коэффициент поглощения балластного поглотителя отделения нагрева больше коэффициента поглощения балластного поглотителя отделения спекания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка микроволнового спекания герметизирующего состава в керамическом корпусе сердечника свечи зажигания, содержащая камеру СВЧ-обработки, соединенную с генератором СВЧ через волновод и излучатель, с расположенным против излучателя блоком с балластным поглотителем, отличающаяся тем, что камера СВЧ-обработки выполнена в виде двух встречно-параллельных отделений нагрева и спекания секторальной формы, разделенных перегородкой, в которой выполнен шлюз для прохода транспортера, а балластные поглотители выполнены с различными по величине коэффициентами поглощения.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что коэффициент поглощения балластного поглотителя отделения нагрева больше коэффициента поглощения балластного поглотителя отделения спекания.