Установка микроволнового спекания композитных материалов 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.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3