KR100885342B1 - Microwave sintering furnace - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소결로 내 환경적인 요인으로 인해 발생하는 폭주(불꽃반응)현상과, 가열시 발생하는 소결하고자 하는 제품의 크랙이나 틸팅 현상 등 종래의 마이크로파 소결로가 가지고 있던 단점을 해결하기 위해 가열 시 열전대가 파손되지 않을뿐 아니라 또한 종래의 소결 시 발생했던 온도 편차를 한 방향의 마이크로파 열원을 사용하여 상당히 줄일 수 있고 상기 종래의 소결로가 불꽃 반응으로 인해 단시간 내에 갑작스런 온도상승으로 제품의 틸팅 및 크랙이 발생하였으나 본 발명은 1500℃까지 소결시간을 2시간 이내로 줄일 수 있는 값싸고 안정적인 고 품질의 마이크로파 소결로에 관한 것이다.The present invention is to solve the shortcomings of the conventional microwave sintering furnace, such as runaway (flame reaction) phenomenon caused by environmental factors in the sintering furnace, and cracks or tilting of the product to be sintered during heating Not only does the thermocouple not break, but also the temperature variation that occurred during conventional sintering can be significantly reduced by using a microwave heat source in one direction, and the conventional sintering furnace can tilt and crack the product due to sudden temperature rise within a short time due to the flame reaction. Although this occurs, the present invention relates to a cheap and stable high-quality microwave sintering furnace that can reduce the sintering time to 1500 ℃ within 2 hours.

마이크로파, 소결로, 가열체 Microwave, sintering furnace, heating element

Description

마이크로파 소결로{MICROWAVE SINTERING FURNACE}Microwave Sintering Furnace {MICROWAVE SINTERING FURNACE}

본 발명은 세라믹 재료 등을 소결하는 마이크로파 소결로에 관한 것으로, 특히 불꽃반응이 없고 온도편차를 극소화하며 소결하고자 하는 제품의 소결시간을 획기적으로 줄일 수 있으며, 이를 이용하여 치과 등에서 사용가능한 저 소비전력의 값싸고 안정적인 마이크로파 소결로에 관한 것이다.The present invention relates to a microwave sintering furnace for sintering ceramic materials and the like, in particular, there is no spark reaction, minimize the temperature deviation and significantly reduce the sintering time of the product to be sintered, low power consumption that can be used in dentistry, etc. Of a cheap and stable microwave sintering furnace.

일반적으로 마이크로파의 가열은 마그네트론 이라 불리는 진공관에서 발진하는 극초단파에 의해 물질의 입자가 높은 파장을 가지는 마이크로파에 의해 진동하면 진동회로에 의해 얻어지는 대출력을 이용하여 소결한다. 그러나 소결시 제품을 고체화하기 위해서는 갑작스런 온도상승으로 불꽃반응이 발생해 온도편차가 심하고 상기 온도편차로 인한 문제점으로 인해, 소결시간이 보통 8시간 이상 걸리는 게 통상적이었다. 따라서 상기 마이크로파 소결로에서 이러한 온도편차와 소결시간을 줄이기 위한 노력이 계속 되어 왔다.In general, microwave heating is sintered using a large output obtained by a vibration circuit when particles of a material are vibrated by microwaves having a high wavelength by microwaves oscillating in a vacuum tube called magnetron. However, in order to solidify the product during sintering, a flame reaction occurs due to a sudden temperature rise and the temperature deviation is severe, and due to the problems caused by the temperature deviation, the sintering time usually takes more than 8 hours. Therefore, efforts have been made to reduce such temperature deviation and sintering time in the microwave sintering furnace.

통상 마이크로파 소결이라 함은 원자 단위에서 발생하는 물질이동을 통해 입자를 일치시켜 고체구조가 되게 하는 열처리 방법으로서, 물질을 녹는점 이하의 온도에서 열처리를 한 경우 물질 입자 간에 결합이 생겨 고체화되는 현상으로서 가열 처리를 하면 표면 에너지를 감소시키는 방향 즉 표면적이 감소하는 방향으로 물질이동이 일어나 서로 결합한다. 따라서 이를 이용한 산업이 발달함에 따라 그 중요성이 상당히 인식되고 있으며, 여러 분야에서 그 용도 또한 다양해지고 있는 추세이다.In general, microwave sintering is a heat treatment method in which a particle is matched to form a solid structure through material movement occurring in atomic units. When heat treatment is performed at a temperature below the melting point, a bond is formed between material particles and becomes a solid. The heat treatment causes material movement in the direction of decreasing the surface energy, that is, in the direction of decreasing the surface area, and is bonded to each other. Therefore, as the industry using the development of the importance is significantly recognized, its use is also diversified in many fields.

그러나 종래의 마이크로파 소결로는 소결로 내부 환경에 의하여 소결시 폭주(불꽃반응) 현상이 종종 일어나 제품에 크랙 및 틸팅이 발생하고, 이로 인해 열전대가 파손될 뿐 아니라, 마그네트론에 의한 온도 상승 및 하강이 매우 급격하게 진행되기 때문에 사용시 제품의 가치를 극대화하지 못하였을 뿐 아니라 또한 한곳에만 집중되는 마이크로파로 인하여 불균일한 온도 편차가 생기고, 또한 이러한 온도 편차를 줄이면서 소결하는데 느린 속도로 수행되어 상당한 시간이 걸렸다, 일반적으로는 온도 편차를 줄이면서 소결하는 데는 8시간 이상이 필요한 것으로 알려져 있다. 따라서 상기 온도 편차 및 소결 시간을 줄이기 위한 방법으로 종래 방식에서는 4 내지 8방향에서 마이크로파 열원을 사용하였으나 이러한 여러 방향의 마이크로파 열원은 소결로 제작시 소결로 자체의 값이 고가인 것이 문제점으로 대두 되었다.However, the conventional microwave sintering furnace often causes a runaway (flame reaction) phenomenon during sintering due to the internal environment of the sintering furnace, which causes cracks and tilting of the product, which not only destroys the thermocouple, but also causes the temperature rise and fall by the magnetron to be very high. Not only did it not maximize the value of the product during its use, but it also caused uneven temperature variations due to the concentration of microwaves in one place, and it also took a considerable amount of time to perform sintering while reducing these temperature variations. In general, more than 8 hours are known to sinter while reducing the temperature variation. Therefore, in order to reduce the temperature variation and the sintering time, the microwave heat source is used in the 4 to 8 directions in the conventional method, but the microwave heat source in these various directions has become a problem that the value of the sintering furnace itself is high when the sintering furnace is manufactured.

통상적으로 마이크로파 소결로는 전기로나 가스로에 비해 소결시간이 상당히 짧고 전력 소모도 적어 비용이나 시간 면에서 유리한 점이 있고 소결시 치밀하게 소결되는 데에도 불구 하고 상기와 같은 여러 가지 문제점을 해결하지 못해 아직까지는 여러 분야에서 광범위하게 보편화하지 못했다. 즉, 상기와 같은 폭주(불꽃반 응) 현상, 온도편차, 가열시간 등의 문제로 인해 기계적, 전기적 특성이 저하되어 소결로에 대한 신뢰성이 떨어지므로 이를 해결하기 위해 소결로 내에 가열체(마이크로파가 접촉하여 열을 내는 용기를 칭함)를 마이크로파 소결로에 맞게 개발하여 값싸고 안정적으로 제공할 필요성이 있었고 이에 알맞은 소결로를 개발하기 위한 노력이 계속되었다.Conventionally, microwave sintering furnace has considerably shorter sintering time and less power consumption than electric furnace or gas furnace, which is advantageous in terms of cost and time, and despite the sintering compactly during sintering, it has not solved the above problems. It has not been widely universalized in many fields. In other words, due to the problems of congestion (flame reaction) phenomenon, temperature deviation, heating time, etc., the mechanical and electrical properties are deteriorated, so that the reliability of the sintering furnace is lowered. There was a need to develop a contacting and heating vessel for a microwave sintering furnace to provide a cheap and stable, and efforts have been made to develop a suitable sintering furnace.

그러나 이러한 노력에도 불구 하고 전술한 단점을 완전히 해결하지 못해 소비자들의 욕구를 따라주지 못하였다. However, despite these efforts, the above-mentioned shortcomings were not completely solved, and they did not satisfy the needs of consumers.

즉, 종래의 소결로는 제품을 고체화시키기 위한 온도인 1500℃까지 온도를 천천히 올리지 않고 갑자기 올리면 전체적으로 고르지 못한 열이 발생하여 불꽃반응이 발생하고 이로 인해 크랙 이나 틸팅이 발생하므로 완성 제품이 고르지 못 하거나 완전하지 않은 소결이 발생할 수도 있었다. 가능한 이러한 불꽃 반응, 크랙, 틸팅을 제거하기 위해 통상 8시간 정도의 시간을 가지고 온도를 1500℃까지 천천히 올려야만 불꽃 반응, 크랙, 틸팅이 없는 소결이 가능했으나 본 발명의 마이크로파 소결로는 탄화규소를 주성분으로 뮬라이트, 알루미나, 지르코니아를 첨가하여 다공률을 27% 이하로 제작한 상기 가열체에 의해 1차 가열되고 도면에 도시된 바와 같이 상기 가열체에 요홈부를 이루어 가열 단면적을 넓게 하여 열을 많이 발산하게 하였고 또한, 마이크로파가 상기 가열체 요홈부를 통과하여 다른 면에도 직접 닿으므로 온도를 갑자기 상승시켜도 즉, 2시간 이내에 1500℃까지 온도를 갑자기 올려 소결시켜도 불꽃 반응, 크랙 이나 틸팅 현상이 발생하지 않는다. 즉, 종래에는 제품을 소결하는데 한 부분에만 마이크로파가 집중되어 전체적으로 소결온도까지 가열하는데 8 시간 이상 걸렸으나 본원의 마이크로파 소결로는 마이크로파가 직접 닿는 가열체(열을 내기 위한 물체로서, 일종의 히터) 면과 다수개의 요홈부를 통과하여 최대한의 열을 발산할 수 있도록 하며 상기 요홈부를 통과한 마이크로파가 골고루 가열체 면에 직접 닿아 가열되므로 전체적으로 빠른 온도 상승이 가능하므로 제품을 빠르게 소결할 수 있다. 또한, 마이크로파 소결로 내부를 알루미나, 이산화규소, 지르코니아로 이루어 열전도가 낮게 만든 내화물로 채운 공간을 제외하고 소결로 내 중심부에 가열체를 놓을 공간을 최대 가로 10cm, 세로 10cm, 높이 6cm 이하로 하였을 때 1500℃까지 온도상승이 가장 단시간에 되는 것을 본 출원인은 수십 번의 실험을 통해 알아냈다.That is, the conventional sintering furnace does not raise the temperature slowly to 1500 ℃, which is the temperature for solidifying the product, but suddenly raises the overall uneven heat, spark reaction occurs and cracks or tilting causes the finished product is uneven or Incomplete sintering could occur. In order to remove such flame reactions, cracks and tilting, sintering without flame reactions, cracks and tilting was possible only by slowly raising the temperature up to 1500 ° C. with a time of about 8 hours, but the microwave sintering furnace of the present invention It is primarily heated by the heating body made by adding mullite, alumina, and zirconia as the main component to a porosity of 27% or less, and as shown in the drawing, it forms a recess in the heating body to widen the heating cross-sectional area and dissipate a lot of heat. In addition, since the microwave passes directly through the recess of the heating element and directly touches the other surface, even if the temperature is suddenly increased, that is, the temperature is suddenly raised to 1500 ° C within 2 hours, no spark reaction, crack or tilting phenomenon occurs. In other words, in the prior art, the microwave is concentrated on only one part to sinter the product, and it takes more than 8 hours to heat up to the sintering temperature as a whole. However, the microwave sintering furnace of the present application has a surface of a heating element (a kind of heater for heating the heat) that the microwave directly touches. And it is possible to dissipate the maximum heat through the plurality of grooves and the microwaves passing through the grooves are evenly directly heated to the heating surface, so that the overall temperature rise can be quickly sintered product. In addition, except that the inside of the microwave sintering furnace is filled with refractory material made of alumina, silicon dioxide, and zirconia, which has low thermal conductivity, the space to place the heating element in the center of the sintering furnace has a maximum width of 10 cm, a height of 10 cm, and a height of 6 cm or less. Applicants have found through dozens of experiments that the temperature rise to the shortest time to 1500 ℃.

또한, 상기 소결로 내부에 채워진 내화물은 블럭 형태로 쌓아 소결 시 복사 열을 굴곡 하는 작용을 할 뿐 아니라 외부로 새는 열을 최대한 줄이며 소결로 제작 비용을 줄이기 위해 도면에 도시된 바와 같이 블럭 형태로 쌓아 소결로 내부 중심부에 상술한 가열체 공간부를 두고 이 부분에서 모터로 동작하는 회전 구동 장치에 의해 상기 가열체 내에 도가니를 넣거나 도가니에 제품을 넣고 회전시키면서 열을 분산 가열하여 고체화시킨다. 여기서는 도가니에 넣고 제품을 가열하는 경우를 설명하였으나 도가니 없이 가열체에 직접 제품을 넣고 가열해도 거의 동일한 효과를 얻을 수 있음은 말할 나위 없다. In addition, the refractory material filled in the sintering furnace is stacked in the form of blocks to not only act to bend the radiant heat during sintering, but also to reduce the leakage of heat to the outside and reduce the sintering furnace manufacturing cost as shown in the figure as shown in the figure The above-mentioned heating body space part is placed in the center of the sintering furnace, and the heat is dispersed and solidified by inserting the crucible into the heating body or by rotating the product into the crucible by a rotation driving device operating as a motor in this part. Here, the case of heating the product in the crucible has been described, but it goes without saying that the same effect can be obtained by directly heating the product in the heating body without the crucible.

본 발명의 소결로는 외부 전원에 의해 작동하는 입구/출구 냉각팬과, 전기장치를 제어하는 콘트롤러와, 소결로의 온도를 측정하기 위한 열전대와, 마이크로파 를 발생하는 마그네트론과, 상기 마그네트론에 고 전압을 공급하기 위한 트랜스와 마이크로파의 충격 등을 완화하기 위한 마이크로파 충격 완화 판과, 내부적으로 수지 몰딩 되어있는 SSR(무 접점 릴레이)과, 가열체 또는 도가니를 회전시키는 회전구동장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The sintering furnace of the present invention is an inlet / outlet cooling fan operated by an external power source, a controller for controlling an electric device, a thermocouple for measuring the temperature of the sintering furnace, a magnetron for generating microwaves, and a high voltage at the magnetron. Microwave shock absorbing plate for mitigating the impact of the transformer and microwave for supplying the light, SSR (non-contact relay) internally molded resin, and a rotary drive device for rotating the heating element or crucible do.

또한, 상기 마이크로파 소결로 내부는 복사 열을 굴곡시키므로서 외부로 새는 열의 양을 최대한 줄이기 위한 블럭 형태로 쌓은 내화물과, 열 충격에 견디고 산화현상에 강하고 도가니와 반응이 일어나지 않는 탄화규소를 주성분으로 뮬라이트, 알루미나, 지르코니아로 이루어진 가열체 또는 상기 가열체와 함께 도가니를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the inside of the microwave sintering furnace is mullite mainly made of refractory stacked in the form of blocks to reduce the amount of heat leaking to the outside by bending the radiant heat, and silicon carbide resistant to thermal shock, strong oxidation, and does not react with the crucible , Characterized in that it comprises a crucible together with a heating body made of alumina, zirconia or the heating body.

상기 마이크로파 소결로의 소결시간은 2시간 이내인 것을 특징으로 한다.The sintering time of the microwave sintering furnace is characterized in that less than 2 hours.

상기 가열체는 마이크로파 전달 및 충격완화를 위하여 가공을 원활히 하도록 다공성으로 제작한 것을 특징으로 한다.The heating body is characterized in that it is made of porous to facilitate processing for microwave transmission and shock mitigation.

상기 가열체는 마이크로파 집중을 분산하도록 단면적을 넓게 하여 최대한 열을 발산하도록 다수개의 요홈부를 구성한 것을 특징으로 한다.The heating element is characterized by comprising a plurality of grooves to widen the cross-sectional area to disperse the microwave concentration to dissipate the heat as much as possible.

상기 소결로 중심부는 외부에서 내부를 향해 1차 가열을 위한 용기(가열체)와, 상기 1차 가열과 충격완화를 위한 매몰재와, 2차 가열을 위한 용기(도가니)와, 상기 2차 가열과 충격완화를 위한 매몰재로 이루어져 구성된 것을 특징으로 한다. The center of the sintering furnace is a container (heater) for the primary heating from the outside to the inside, a buried material for the primary heating and shock mitigation, a container (crucible) for the secondary heating, and the secondary heating and It is characterized by consisting of a buried material for shock mitigation.

여기서 매몰재는 알루미나 등으로 이루어지며 가열체와 도가니 중간에 넣어 산화에 의한 반응 및 고온에 의한 열 충격을 흡수하는 작용을 하며, 상기 도가니, 가열체, 내화물의 충격을 완화시켜 주는 구실을 할 뿐만 아니라 가열체 산화에 의한 반응을 억제하고 동시에 내화물과의 반응 또한 억제하는 구실을 한다.Here, the investment material is made of alumina, etc., and is placed in the middle of the heating body and the crucible to absorb the reaction by oxidation and the thermal shock due to the high temperature, and serves as an excuse to alleviate the impact of the crucible, heating body, and refractory material. The role of suppressing the reaction by heating the oxidation and at the same time suppressing the reaction with the refractory is also provided.

본 발명은 상기와 같은 재료로 이루어진 가열체를 사용하여 폭주현상도 없으며, 가열시 크랙이나 틸팅 현상도 없고, 열전대가 파손되지 않을 뿐 아니라 또한 종래의 소결로가 4 내지 8방향의 마이크로파 열원을 사용하는데 비해 본원은 한 방향의 마이크로파 열원을 사용하기 때문에 온도 편차를 상당히 줄일 수 있을 뿐 아니라 이러한 온도 편차가 없기 때문에 제품의 소결시간을 2 시간 이내로 줄 일수 있으며 이로 인해 값싸고 안정적인 마이크로파 소결로를 제공할 수 있는 효과가 있다.      In the present invention, there is no congestion phenomenon using a heating body made of the above materials, there is no crack or tilting phenomenon during heating, and the thermocouple is not damaged, and the conventional sintering furnace uses a microwave heat source in 4 to 8 directions. On the contrary, it uses the microwave heat source in one direction, which not only reduces the temperature deviation considerably but also reduces the sintering time of the product within 2 hours because there is no such temperature deviation, which can provide a cheap and stable microwave sintering furnace. It can be effective.

다음에, 본 발명의 마이크로파 소결로를 이하에서 도면을 참조로 설명한다.Next, the microwave sintering furnace of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 마이크로파 소결로의 사시도 이다.1 is a perspective view of a microwave sintering furnace of the present invention.

도시된 바와 같이 본 발명은 마이크로파 소결로(10) 외부 케이스 좌우 측에 입/출력 냉각 팬(15)이 장착되어 케이스 외부를 둘러싸는 구조로 강제 공기 냉각하는 방식을 채택하고 있으며 외부 케이스 전면부 우측에는 마이크로파 소결로의 상태나, 소결로 내 온도 등을 알 수 있는 표시부(16)가 장착되어 있다.As shown in the present invention, the input / output cooling fan 15 is mounted on the left and right sides of the outer case of the microwave sintering furnace 10 so as to surround the outside of the case and adopts a forced air cooling method. The display part 16 which knows the state of a microwave sintering furnace, the temperature in a sintering furnace, etc. is attached.

한편, 소결로 내부 하단에는 모터(도시하지 않음)에 의해 회전하는 회전 구동 장치(11)가 장착되고 상기 회전 구동 장치 상단의 받침대(12)는 가열체(13) 또는 도가니를 놓고 회전 가능하게 원형 평판으로 되어 있으며 상기 회전 구동 장치(11)에 의해 받침대와 가열체가 회전할 수 있는 공간을 제외하고는 소결로 내부는 모두 블럭 형태의 내화물(17)로 채워져 있다. 또한, 도면에 도시 하지는 않았지만 소결로 작동시에는 도어(14)의 크기에 맞게 내화물로 된 블럭이 끼워져 상기 받침대가 소결로 중심부에 위치하여 회전하는 구조를 이루고 있다.On the other hand, the rotary drive device 11 is rotated by a motor (not shown) at the lower end of the sintering furnace, and the pedestal 12 of the upper end of the rotary drive device is rotatable with a heating element 13 or crucible in a rotatable shape. The inside of the sintering furnace is filled with the refractory material 17 in the form of a block except for a flat plate and a space in which the pedestal and the heating body can be rotated by the rotary drive device 11. In addition, although not shown in the drawing, during operation of the sintering furnace, a block made of refractory material is fitted in accordance with the size of the door 14 to form a structure in which the pedestal is positioned at the center of the sintering furnace to rotate.

다음에는, 본 발명의 마이크로파 소결로의 전기장치에 대해서 설명하기로 한다.Next, the electrical apparatus of the microwave sintering furnace of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 마이크로파 소결로(10)의 전기구성도를 설명하는 도면이다. 2 is a view for explaining the electrical configuration of the microwave sintering furnace 10 of the present invention.

도시된 바와 같이 본 발명의 소결로(10)는 외부 전원으로 냉각팬(15)이 작동하며, 전원을 온 하고 가열체가 가열되면 동시에 트랜스(19)를 거쳐 고전압이 마그네트론(22)에 공급되며 상기 마그네트론(22)에서 마이크로파가 발생하여 가열체 또는 도가니 내의 제품을 가열하는 구조이며 콘트롤러(18)에서는 열전대(21), SSR(20) 등 소결로(10) 내의 모든 전기 장치를 제어하도록 구성되어 있다. 본 발명의 한가지 특징인 전기장치 콘트롤러(18)는 고장율을 최저로 하기 위해 기존의 복잡한 설계에서 탈피하여 모든 부품을 코드화하여 고장 시 단순 교체 방식으로 하였으며 그 안전장치로는 마그네트론(22)과 트랜스(19) 발열에의 한 위험을 방지하기 위해 플러그 온(ON)시 소결로 작동과는 무관하게 외부 전원으로 냉각 팬(15)이 자동으로 작동하는 구조로 하였으며, 소결로 작동시 고 전압으로 인한 신체 및 기타 위험을 방지할 목적으로 작동 중에 오작동으로 인해 마이크로파 소결로 도어(14)가 오픈(OPEN)되면 마이크로파 작동이 자동으로 작동 중단되는 구성을 취하였으며 또한 열전대(21) 고장 시에는 과대한 마이크로파 파워(POWER)를 차단하기 위해 파워 오프(POWER OFF)되는 구조로 되어 있고 무 접점 릴레이 방식인 SSR 방식을 채택하여 발생가능한 모든 위험요소에 대한 대비를 하였으며, 전기장치 구성 회로도 기존의 소결로의 복잡한 구조를 탈피하여 상술과 같이 단순화 설계하여 본원만의 특징이 있도록 하였다.As shown in the sintering furnace 10 of the present invention, the cooling fan 15 operates as an external power source, and when the power is turned on and the heating body is heated, a high voltage is supplied to the magnetron 22 through the transformer 19 at the same time. The magnetron 22 generates microwaves to heat a product in a heating body or crucible, and the controller 18 is configured to control all electric devices in the sintering furnace 10 such as the thermocouple 21 and the SSR 20. . One feature of the present invention is the electric device controller 18 is to replace the existing complex design in order to minimize the failure rate by coding all the parts in the case of a simple replacement in the case of failure, as the safety device magnetron 22 and transformer ( 19) In order to prevent the risk of heat generation, the cooling fan 15 is automatically operated by an external power source regardless of the operation of the sintering furnace when the plug is on. And the microwave operation is automatically stopped when the microwave sintering furnace door 14 is opened due to a malfunction during operation for the purpose of preventing other hazards, and excessive microwave power in case of failure of the thermocouple 21. In order to cut off the power, it is designed to be powered off. In preparation for the risk factor, the circuit of the electric device was also designed to simplify the above-described sintering furnace complex structure to have the characteristics of the present application.

도 3은 도 1의 가열체 부분(30)의 가열 동작을 상세히 설명하기 위한 상세도이다.FIG. 3 is a detailed view for explaining the heating operation of the heating element part 30 of FIG. 1 in detail.

먼저, 도시와 같이 마그네트론에 의해 마이크로파(화살표로 표시)가 발생하면 소결로 내에서 회전 구동 장치(11)에 의해 좌측에 표시한 방향으로 받침대(12)가 회전하게 된다. 상기 받침대(12)가 회전하게 되면 받침대 상부에 올려놓은 가열체(13)가 따라서 회전하게 되고 이에 따라 도가니(23)도 함께 회전한다. 회전시 좌측으로부터 발생 된 마이크로파들은 가열체(13)에 부딪치게 되고 1차 가열된다. 그러나 요홈부(27)를 통과한 마이크로파는 일부는 도가니(23)에 부딪쳐서 2차 가열되고 일부는 가열체 반대 면으로 부딪치므로 전체적으로 골고루 마이크로파가 도달하게 되어 종래의 가열체 보다 양호하게 열전달이 될 수 있다.First, when microwaves (indicated by arrows) are generated by the magnetron as shown in the figure, the pedestal 12 rotates in the direction indicated on the left side by the rotation drive device 11 in the sintering furnace. When the pedestal 12 is rotated, the heating element 13 placed on the pedestal top rotates accordingly, and thus the crucible 23 also rotates together. Microwaves generated from the left during rotation hit the heating element 13 and are first heated. However, the microwaves passing through the grooves 27 are partially heated by hitting the crucible 23, and some are hit by the opposite side of the heating element, so that the microwaves are uniformly reached as a whole, so that the heat transfer is better than that of the conventional heating element. Can be.

여기서 가열체(13)와 도가니(23) 사이의 매몰재와 도가니 내의 매몰재는 뒤에 상술하는 바와 같이 산화에 의한 반응 및 고온에 의한 열 충격을 흡수하여 도가니, 가열체, 내화물의 충격을 완화시켜 주는 구실을 한다. Here, the investment material between the heating element 13 and the crucible 23 and the investment material in the crucible absorb the thermal shock due to the reaction by oxidation and the high temperature as described later, thereby relieving the impact of the crucible, the heating element, and the refractory material. Do it.

다음에는 도 4를 참조하여 가열체(13)의 형태에 대해서 상세히 설명하기로 한다.Next, the shape of the heating body 13 will be described in detail with reference to FIG. 4.

상기 가열체는 전술한 바와 같이 마이크로파 전달 및 충격 완화를 위해서 다공성으로 제작해야 한다. 종래의 소결로에 가열체(13)를 사용하는 경우에는 한 부분만 마이크로파를 받아 다른 대향 면 등은 마이크로파가 직접 닿는 곳보다 열 전달도 늦고 직접 닿는 곳과 다른 면의 온도 편차로 인해 불꽃현상, 크랙, 틸팅 없이 온도를 천천히 올려 소망의 소결 온도인 1500℃까지 가열하는 데는 8시간 정도가 걸렸으나, 본원은 도시된 바와 같이 가열체(13)에 최대한 열을 많이 발산하도록 요홈부(27)를 만들어 직접 마이크로파가 닿는 부분도 있고 마이크로파가 다수개의 요홈부(27)를 통과하여 넓은 단면적을 가진 가열체의 다른 면에 마이크로파가 직접 닿는 부분도 있기 때문에 열이 골고루 전달될 뿐 아니라 폭주(불꽃)현상도 없고 넓은 단면적에서 최대한 열을 많이 발산할 수 있도록 하여 소결 시간을 2시간 이내에 1500℃까지 가열할 수 있는 본원만의 특징적인 장점이 있다. 여기에서는 요홈부(27)가 있는 원통형 가열체에 대해 설명하였으나 사각형이라 해도 상관없다.As described above, the heating body should be made of porous material for microwave transmission and shock mitigation. In the case of using the heating element 13 in a conventional sintering furnace, only one part receives microwaves, and the other opposite surface is heat-transfer later than the place where the microwave directly touches, and the flame phenomenon is caused by the temperature deviation of the place where the direct contact is different. It took about 8 hours to raise the temperature slowly without cracking and tilting to the desired sintering temperature of 1500 ° C., but the present application provides the recess 27 to dissipate as much heat as possible to the heating element 13 as shown. There is a part where the microwave directly touches, and there is a part where the microwave passes directly to the other side of the heating body having a large cross-sectional area through the plurality of grooves 27 so that heat is evenly transmitted and congestion phenomenon occurs. The unique feature of the present invention, which enables the heat dissipation as much as possible in a large cross-sectional area to heat the sintering time to 1500 ° C within 2 hours There is an advantage. Although the cylindrical heating body with the recessed part 27 was demonstrated here, even if it is a rectangle.

또한, 상기 가열체에 도가니를 넣고 상기 도가니 내에 소결하고자 하는 제품을 넣고 회전 구동장치에 의해 회전하면서 마이크로파 가열하면 빠르게 2차 열전달이 일어나 좀더 안정적으로 가열되어 더욱 빠르게 고체화할 수 있는 장점이 있다.In addition, the crucible is put into the heating body and the product to be sintered into the crucible is subjected to microwave heating while being rotated by a rotary driving device to rapidly heat the secondary heat, and thus, it is more stable and solidifies more quickly.

도 5는 소결로에서 제품을 소결하는 경우를 가정하여 마이크로파 소결로의 단면도를 도시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating a cross-sectional view of a microwave sintering furnace on the assumption that the product is sintered in the sintering furnace.

도시된 바와 같이 소결로는 외부 케이스를 둘러싸는 구조로 케이스 좌, 우측에 입/출력 냉각팬(15)으로 강제 공기 냉각할 수 있도록 케이스 내에 외부 공간이 있으며 상기 소결로 내부의 하부에는 가열체(13)나 도가니(23)를 회전시키기 위해 모터(26)에 의해 회전시키는 회전구동장치(11)가 설치되고 상기 회전 구동장치 상부에는 원형 평판의 받침대(12)가 있어 회전 가능한 가열체(13)와 다공성 있는 알루미나 등으로 된 도가니(23)를 올려놓을 수 있도록 되어 있다. 상기 받침대(12)는 소결로 내에 채워진 내화물(17)의 중심 공간을 통과하여 소결로 중앙부에 위치하고 있다. 상기 받침대(12)위에는 상술한 바와 같이 탄화규소를 주성분으로 뮬라이트, 알루미나, 지르코니아로 이루어진 재료로 다공성 있게 제작된 가열체(13)가 놓여 있고 그 좌측에는 거의 가열체 측면과 나란하게 수직방향으로 마그네트론으로 부터 발생한 마이크로파의 충격 등을 완화하기 위한 마이크로파 충격 완화 판(24)이 설치되고, 상기 마이크로파 충격 완화 판(24) 좌측에 또한 충격완화를 위해 상기 받침대와 평행한 방향으로 온도를 측정하기 위한 열전대(21)가 설치되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이 상기 받침대(12)위에는 상기 가열체(13)가 놓여 있고 상기 가열체(13) 내에는 도가니(23)가 있으며, 상기 도가니 내에는 지르코니아 파우더, 알루미나 파우더 등과 함께 소결하고자 하는 제품을 넣어 가열하여 고체화시킬 수 있다. 한편, 상기 가열체와 도가니 사이에는 가열 시 열 충격을 방지하기 위한 알루미나나 지르코니아로 이루어진 매몰재(26)가 채워져 있고 상술 된 바와 같이 소결로 내의 중심부에 위치한 받침대, 가열체, 도가니를 넣기 위한 공간인 가로 10cm 세로 10cm 높이 6cm 이하의 공간을 제외하고는 블럭 형태로 내화물(17)이 채워져 있는 구조이다. 여기서 상기 공간보다 큰 경우에는 실험에 의해 가열시 온도 상승이 느리고 1500℃까지 상승이 어려운 것으로 관찰되어 상기 공간을 한정하였다.As shown, the sintering furnace surrounds the outer case and has an outer space in the case so as to force forced air cooling by the input / output cooling fan 15 on the left and right sides of the case. 13) or a rotary drive device 11, which is rotated by a motor 26 to rotate the crucible 23, is installed, and a heating plate 13 rotatable with a pedestal 12 of a circular plate on the top of the rotary drive device. And crucible 23 made of porous alumina or the like is to be placed. The pedestal 12 is located at the center of the sintering furnace through the central space of the refractory 17 filled in the sintering furnace. On the pedestal 12, as described above, a heating element 13 made of porous material composed of mullite, alumina, and zirconia, mainly composed of silicon carbide, is placed, and on the left side thereof, the magnetron is disposed in a vertical direction substantially parallel to the side of the heating element. Microwave shock mitigating plate 24 is installed to mitigate the impact of microwaves, etc. generated from the thermocouple, and a thermocouple for measuring temperature in a direction parallel to the pedestal for shock mitigation on the left side of the microwave shock mitigating plate 24. 21 is provided. As shown in the figure, the heating element 13 is placed on the pedestal 12, and the crucible 23 is present in the heating element 13, and in the crucible to be sintered together with zirconia powder, alumina powder, etc. The product can be heated to solidify. On the other hand, between the heating body and the crucible is filled with a buried material 26 made of alumina or zirconia to prevent thermal shock during heating, and as described above is a space for placing the pedestal, heating body, crucible located in the center of the sintering furnace The refractory 17 is filled in a block form except for a space of 10 cm in width and 10 cm in height and 6 cm or less. In the case where the space is larger than the space, it is observed that the temperature rise at the time of heating is slow and it is difficult to rise to 1500 ° C., thereby limiting the space.

한편, 상기 소결로 내의 내화물(17)은 블럭 형태로 쌓아 복사열을 굴곡시키므로서 외부로 방사되는 열의 양을 최대한 줄이면서 그에 적당한 재료인 알루미나, 이산화규소, 지르코니아를 사용해야 하고 또한, 가열체는 열 충격에 견딜 수 있어야할 뿐만 아니라 상기 내화물, 상기 도가니와 가열로 인한 반응이 일어나지 않아야 하며, 산화 현상에도 강해야 하고 동시에 1500℃의 열원으로서 소결하는데 충분히 견디는 재질인 탄화규소를 주성분으로 뮬라이트, 알루미나, 지르코니아의 재질로 이루어져 있다.On the other hand, the refractory 17 in the sintering furnace is stacked in the form of blocks to bend the radiant heat while reducing the amount of heat radiated to the outside while using a suitable material, such as alumina, silicon dioxide, zirconia, and the heating body is heat shock Not only must it be resistant to the refractory, the crucible and the heating due to the reaction, it is also resistant to oxidation and at the same time is a material that is sufficiently resistant to sintering as a heat source of 1500 ℃ mainly composed of mullite, alumina, zirconia It is made of material.

다음에는 도 6을 참조로 위에서 상술한 가열체에 도가니를 넣고 가열하는 구조를 상세히 설명하기로 한다.Next, a structure in which the crucible is put into the heating body described above with reference to FIG. 6 will be described in detail.

도시된 바와 같이 가열체(13)는 외부에서 내부방향으로 1차 가열을 위한 용기(가열체)와 상기 2차 가열을 위한 용기(도가니)를 포함하는데 상기 1차 가열을 위한 용기와 상기 2차 가열을 위한 용기 사이에는 상기 1차 가열 충격완화를 위한 매몰재(26)를 충전하고 상기 2차 가열을 위한 용기 내에는 또한 2차 가열 충격완화를 위한 매몰재(26)를 충전하고 그 내에 제품을 넣어 마이크로파 가열하여 고체화하는 구조로 되어 있다. 여기서 전술과 같이 마이크로파 전달 및 충격완화를 위해 다공성으로 가열체를 제작하는 것은 마이크로파 전달이 골고루 퍼지도록 하여 열전달이 잘 되도록 하는데 상당히 중요하다. As shown, the heating body 13 includes a container (heater) for primary heating and a container (crucible) for the secondary heating from the outside to the inner direction, wherein the container for the primary heating and the secondary Between the vessel for heating is filled with a buried material 26 for the primary heating shock mitigation and in the vessel for the secondary heating also filled with a buried material 26 for secondary heating shock mitigation and put the product therein. It is a structure which solidifies by microwave heating. Here, as described above, manufacturing a heating body in a porous manner for microwave transmission and shock mitigation is extremely important in order to spread the microwave transmission evenly so that the heat transfer is good.

본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 당업자에게 자명하다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited thereto and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

본 발명의 마이크로파 소결로는 치과용 등으로 사용할 수 있다.The microwave sintering furnace of the present invention can be used for dental purposes.

도 1은 본 발명의 마이크로파 소결로의 사시도 이다.1 is a perspective view of a microwave sintering furnace of the present invention.

도 2는 본 발명의 마이크로파 소결로의 전기구성도를 설명하는 도면이다. 2 is a view for explaining the electrical configuration of the microwave sintering furnace of the present invention.

도 3은 도 1의 가열체 부분의 가열 동작을 상세히 설명하기 위한 상세도이다.3 is a detailed view for explaining the heating operation of the heating element portion of FIG.

도 4는 가열체의 형태에 대해서 상세히 설명하는 도면이다.It is a figure explaining the form of a heating body in detail.

도 5는 소결로에서 제품을 소결하는 경우를 가정하여 마이크로파 소결로의 단면도를 도시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating a cross-sectional view of a microwave sintering furnace on the assumption that the product is sintered in the sintering furnace.

도 6은 가열체에 도가니를 넣고 가열하는 구조를 상세히 설명하는 도면이다.It is a figure explaining the structure which puts a crucible into a heating body, and heats in detail.

Claims (10)

외부 전원에 의해 작동하는 입구/출구 냉각팬과, 전기장치를 제어하는 콘트롤러와, 소결로의 온도를 측정하기 위한 열전대와, 마이크로파를 발생하는 마그네트론과, 상기 마그네트론에 고 전압을 공급하기 위한 트랜스와 마이크로파의 충격 등을 완화하기 위한 마이크로파 충격 완화 판과, 내부적으로 수지 몰딩 되어있는 SSR(무 접점 릴레이)과, 가열체 또는 도가니를 회전시키는 회전구동장치를 포함하는 마이크로파 소결로에 있어서,       An inlet / outlet cooling fan operated by an external power source, a controller for controlling the electric device, a thermocouple for measuring the temperature of the sintering furnace, a magnetron for generating microwaves, a transformer for supplying a high voltage to the magnetron, In a microwave sintering furnace comprising a microwave shock absorbing plate for mitigating microwave shock, etc., an internally-molded SSR (non-contact relay), and a rotation drive device for rotating the heating element or crucible, 상기 소결로는 다수개의 요홈부를 이루는 가열체 및 블럭 형태로 쌓은 내화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결로.The sintering furnace is a microwave sintering furnace comprising a refractory stacked in the form of a heater and a block forming a plurality of grooves. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소결로의 내부에는 내화물이 채워지지 않은 공간인 가로 10cm 세로 10cm 높이 6cm 이하의 공간에서 가열체와 도가니가 회전 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결로.The inside of the sintering furnace is a microwave sintering furnace, characterized in that the heating body and the crucible can be rotated in a space of less than 6cm in height 10cm in width, which is a space not filled with refractory. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소결로 중심부는 외부에서 내부방향으로 1차 가열을 위한 용기인 가열체와, The center of the sintering furnace is a heating element which is a container for primary heating from the outside to the inside, 상기 2차 가열을 위한 용기인 도가니를 포함하며,It includes a crucible which is a container for the secondary heating, 상기 1차 가열을 위한 용기와 2차 가열을 위한 용기 사이에는 충격완화를 위해 알루미나로 충전된 매몰재와,Between the vessel for the primary heating and the vessel for the secondary heating buried material filled with alumina for impact relief, 상기 2차 가열을 위한 용기 내에는 충격완화를 위해 알루미나로 충전된 매몰재로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결로. The microwave sintering furnace, characterized in that the container for secondary heating is filled with a buried material filled with alumina for shock alleviation. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열체의 다수 개 요홈부는 마이크로파 분산을 위해 구성한 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결로.A plurality of grooves of the heating body is a microwave sintering furnace, characterized in that configured for microwave dispersion. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열체는 탄화규소를 주성분으로 뮬라이트, 알루미나, 지르코니아로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결로.The heating element is a microwave sintering furnace, characterized in that the main component of silicon carbide composed of mullite, alumina, zirconia. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열체의 형태는 원통형, 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결로.Microwave sintering furnace, characterized in that the shape of the heating body is cylindrical, or square. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열체 내에는 도가니를 넣을 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결로.A microwave sintering furnace, characterized in that the crucible can be put into the heating body. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 내화물은 알루미나, 이산화규소, 지르코니아로 이루어지며, 복사열을 굴곡 시키고 외부로 새는 열의 양을 최대로 줄이기 위해서 블럭 형태로 쌓은 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결로.The refractory is made of alumina, silicon dioxide, zirconia, microwave sintering furnace, characterized in that stacked in the form of blocks in order to bend the radiant heat and to reduce the amount of heat leaking to the outside.
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