红外线加热单元制造技术

已知的红外线加热单元包括加热炉，加热炉具有容纳处理室的壳体和加热装置，其中，处理室至少部分地被石英玻璃制成的炉衬界定。为了基于此提供一种红外线加热单元，其实现高能效地且均匀地以红外辐射将加热物品加热到600℃以上的温度，本发明专利技术提出，加热装置由至少一个加热基底形成，加热基底具有与导体条带相接触的接触表面，导体条带由导电的并且在电流通过时产生热的电阻材料制成，其中，加热基底由掺杂石英玻璃制成，在掺杂石英玻璃中嵌入有在红外光谱范围中进行吸收的附加成分，并且加热基底形成炉衬的至少一部分。

Infrared heating unit

Known infrared heating units include heating furnaces, which have shells and heating devices to accommodate the treatment chamber, where the treatment chamber is at least partially defined by a furnace lining made of quartz glass. In order to provide an infrared heating unit based on this, which realizes high-energy, efficient and uniform heating of heated objects to temperatures above 600 C by infrared radiation, the present invention proposes that the heating device is formed by at least one heating substrate, the heating substrate has a contact surface with the conductor strip, and the conductor strip is electrically conductive. The heated substrate is made of doped quartz glass, which is embedded with additional components absorbed in the infrared spectrum range, and the heated substrate forms at least part of the furnace lining.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】红外线加热单元
本专利技术涉及一种红外线加热单元，其具有加热炉，加热炉具有容纳处理室的壳体和加热装置，其中，处理室至少部分地被由石英玻璃制成的炉衬来界定/限定其边界。
技术介绍
在用于将加热物品加热到600℃以上的温度的工业电热炉中，常常使用红外线辐射器作为加热装置，其发出短波的、中波的和/或长波的红外辐射。通过热传导、对流和/或热辐射实现从电加热元件到加热物品的热输送。在此，一个基本的问题是，如何尽可能有效地(以高的功率效率)并且同时以高的均匀性将可供使用的辐照功率辐射到加热物品上。红外线辐射器表现出红外辐射的点形的或线形的辐射特征，或者(作为红外线面式辐射器)表现出以面的方式延伸的二维的或三维的辐射特征，其可与加热物品的待加热表面的几何形状相匹配并且实现对二维或三维设计的表面的均匀辐照。红外线辐射器通常配备有由在电流通过时产生热的电阻材料制成的电加热元件。广泛使用的是管状的红外线灯，其中，螺旋形的电阻丝被由石英玻璃制成的套管包围，其中，电阻丝离开套管一定距离且没有明显接触该套管。在红外线辐射器的其它实施形式中，电加热元件(其例如为由电阻材料制成的线、条带或层)用于加热另一被动的非电加热元件，其在下文中也被称为“加热基底”。为了在低能量损失的同时保证高的过程温度，由隔热的炉衬包围处理室，该炉衬例如在传统的加热炉中由绝热砖制成。例如从DE1973753U中已知一种具有壳体的电加热的马弗炉，该壳体设有由耐火土制成的炉衬。作为加热装置，使用具有石英包围的加热螺旋线的红外线辐射器，加热螺旋线布置在处理室的顶壁的区域中。然而，这种类型的炉衬具有高的热容，这导致加热和冷却时间长并且能量效率低。此外，使用由耐火土制成的炉衬也限制了在处理室中的清洁度条件。从DE102012003030A1中已知的加热炉避免了这些缺点，其具有由多个轴向平行地布置的石英玻璃管构造成的炉衬。在此，石英玻璃管在其面对处理室的侧上借助于由不透明的石英玻璃组成的连接物质相互连接，连接物质同时用作漫反射器，从而红外辐射在处理室的边界壁上被反射。以这种方式，实现了高达90％的高效率。从US4133667A中已知一种用于热处理玻璃板的连续式加热炉。在处理室中，在输送装置上方和下方布置有红外线辐射器。借助于输送装置将玻璃板放在由石英玻璃制成的辊子上输送通过处理室。在从JP4715019B2已知的连续式加热炉中也描述了类似的具有石英玻璃辊的输送装置。为了辐照的均匀性，加热物品和红外线辐射器之间的距离起到重要作用。对于轴向平行地布置的多个长形的红外线灯，经验性的经验公式认为，均匀辐照所需的最小距离等于各红外线灯的中心距的约1.5倍。相应地，为了均匀辐照，要求在各个红外线灯之间的小距离以及在灯组件与加热物品之间的大距离。第一所述备选方案(紧密的灯-灯距离)受到物理和技术限制，并且带来较高的制造成本。第二所述备选方案(大的红外线灯-加热物品距离)导致所使用的辐照功率的较低的效率以及相对较小的、单位加热面积的辐射功率。在从WO1999/025154A1中已知的红外线面式辐射器的实施形式中，使用由石英玻璃制成的面式的、平坦的、管状的或多面体的加热基底，其与电阻元件直接且连续地接触。电阻元件例如具有曲折形状，并且通过薄膜技术、丝网印刷技术或薄层技术被施加到加热基底的表面上并且紧接着被烧制。在该实施形式中，加热元件不加热周围的套管，而是通过导体条带/印刷电路形式的直接的、面式延伸的接触直接加热石英玻璃加热基底，从而主要通过热传导和对流实现在加热元件和加热基底之间的热传递，这对热传递的均匀性和效率有正面影响。石英玻璃具有良好的耐腐蚀性、耐热性和耐温度交变性，并且可在高纯度下被提供。因此，即便在高温加热过程中，石英玻璃作为加热基底材料也基本上满足在纯度、温度稳定性和惰性方面的高要求。然而另一方面，石英玻璃表现出相对较低的导热性并且甚至常常用作隔热体。如果将该材料用作借助于施加在接触面上的电阻元件而被加热的被动加热基底，则在壁厚较小时存在的风险是，在相对的加热基底侧上可能维持在接触面的侧上的不均匀的温度分布。在极端情况中，在相对的加热基底侧上成像出真实的主动的电加热元件。这可仅通过加热元件材料的高敷设密度/覆盖密度来应对，但是这很昂贵。而在加热基底壁厚较厚时，功率效率受到损害且不能实现快速的温度变化，因为这要求加热基底的快速加热和冷却。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种红外线加热单元，其能实现利用红外辐射高能效地且均衡地(均匀地)使加热物品升温到甚至600℃以上的温度。根据本专利技术，所述目的从开头所述类型的红外线加热单元出发通过以下方式来实现：加热装置由至少一个加热基底形成，该加热基底具有接触表面，该接触表面与导电的并且在电流通过时产生热的电阻材料相接触，其中，·加热基底由掺杂石英玻璃制成，对红外光谱范围进行吸收的附加成分嵌入该掺杂石英玻璃中，·加热基底形成炉衬的至少一部分。在根据本专利技术的红外线加热单元中，炉衬至少部分地由如下材料制成，即，该材料可在借助于电阻材料-导体条带实现的热激励下被激发以发出红外辐射。就此而言，其为热主动的或可热激活的炉衬。所述材料为掺杂石英玻璃，其中嵌入了特别是在热激励下在红外光谱范围中进行吸收的附加成分。该材料在下文中也简称为“IR黑玻璃”，其中，该术语不是指材料的视觉颜色，而是指其在室温或者更高的温度下吸收在红外线波长范围中的辐射。由此，IR黑玻璃形成炉衬的至少一部分，并且同时形成加热装置的一部分，更确切地说与用于热激励IR黑玻璃的、由电阻材料制成的电的导体条带相结合形成加热装置的一部分。因此，在炉衬的由电导体条带热激励的区域中，发射IR辐射的IR黑玻璃是加热基底并且是加热装置的一部分；在具有IR黑玻璃的炉衬的未被热激励的其它区域中，IR黑玻璃仅仅是炉衬的一部分。这也适用于具有IR黑玻璃的炉衬的如下区域，即，所述区域敷设了电导体条带并且因此在功能上可被热激励，但是没实际发生热激励。在最简单且特别优选的情况中，炉衬完全由IR黑玻璃制成。在其它实施形式中，炉衬仅仅部分地由IR黑玻璃制成。与相应的实施形式无关地，炉衬的单个区域或多个区域被构造成加热基底。虽然在以下解释中以单数表达加热基底，其应也包括复数个加热基底。由此，在被导体条带热激励时，加热基底是实际上的IR辐射发射元件。加热基底材料包含石英玻璃(非晶态SiO2)，其在重量和体积方面都占了加热基底材料的最大份额，并且决定性地影响了其机械和化学性能；例如耐热性、强度和耐腐蚀性。除了SiO2之外，石英玻璃还可包含最大至10wt％(重量百分比)的量的其它氧化物、氮化物或碳化物成分。石英玻璃具有良好的耐腐蚀性、耐热性和耐温度交变性，并且能以高纯度提供。因此，在具有直至1100℃的温度的高温加热过程中，其也适于作为加热基底材料。1％或更低的低方石英含量保证了低的反玻璃化倾向并且进而保证了在使用时低的形成裂纹的风险。由此，也满足例如在半导体制造过程中对纯度、惰性和颗粒的缺失的严格要求。由于加热基底基本上由石英玻璃、即非晶态材料制成，易于使其成为对于应用合适的几何形状，例如平的、弯曲的或波形的板的形状，或具有圆形、椭圆形或多边形横截面的管形或柱形，或者碗形、穹顶形或坩埚形。嵌入石英玻璃中的附加成分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外线加热单元，其具有加热炉(1)，所述加热炉具有容纳处理室(3)的壳体(2)和加热装置，其中，所述处理室(3)至少部分地被由石英玻璃制成的炉衬来界定，其特征在于，所述加热装置由至少一个加热基底(9)形成，所述加热基底具有接触表面(13)，所述接触表面(13)与导体条带(11)相接触，所述导体条带由导电的并且在电流通过时产生热的电阻材料制成，其中，·所述加热基底(9)由掺杂石英玻璃制成，在所述掺杂石英玻璃中嵌入有在红外光谱范围中进行吸收的附加成分，·所述加热基底形成所述炉衬(3.1、3.2、3.3)的至少一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.05 EP 16163897.81.一种红外线加热单元，其具有加热炉(1)，所述加热炉具有容纳处理室(3)的壳体(2)和加热装置，其中，所述处理室(3)至少部分地被由石英玻璃制成的炉衬来界定，其特征在于，所述加热装置由至少一个加热基底(9)形成，所述加热基底具有接触表面(13)，所述接触表面(13)与导体条带(11)相接触，所述导体条带由导电的并且在电流通过时产生热的电阻材料制成，其中，·所述加热基底(9)由掺杂石英玻璃制成，在所述掺杂石英玻璃中嵌入有在红外光谱范围中进行吸收的附加成分，·所述加热基底形成所述炉衬(3.1、3.2、3.3)的至少一部分。2.根据权利要求1所述的红外线加热单元，其特征在于，所述炉衬(3.1、3.2、3.3)完全由所述掺杂石英玻璃制成。3.根据权利要求1或2所述的红外线加热单元，其特征在于，加热物品与所述加热基底之间的距离被设置为小于5mm。4.根据前述权利要求中任一项所述的红外线加热单元，其特征在于，所述附加成分是单质硅并且以一定的量被嵌入，所述一定的量在加热基底材料中对于在2μm与8μm之间的波长在600℃的温度下导致至少0.6的光谱发射率ε并且在1000℃的温度下导致至少0.75的光谱发射率ε。5.根据权利要求4所述的红外线加热单元，其特征在于，相对于所述加热基底(9)的重量，所述硅的量在0.1wt％与5wt％之间的范围中。6.根据前述权利要求中任一项所述的红外线加...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·霍尼格，L·加布，H·齐辛，J·韦伯，M·蒂特曼，
申请(专利权)人：贺利氏特种光源有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE