ЗУБОТЕХНИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА
DENTAL FURNACE

Изобретение относится к зуботехнической печи для обжига стоматологических керамических масс, а также для выжигания стоматологических керамических масс на стоматологических сплавах, оксиде циркония (бадделеите) и/или других керамических материалах в сочетании с жидким веществом (жидкостью для замешивания).
Известные печи для обжига стоматологических керамических масс имеют, по меньшей мере, частично вакуумируемый корпус камеры обжига. Этот корпус камеры обжига оснащен теплоизолирующей обкладкой. Перед обжигом стоматологических керамических масс в известных печах для обжига необходимо предварительно нагревать их в течение более длительного промежутка времени, для того чтобы доводить теплоизолирующую обкладку до базовой температуры. Без этого предварительного нагрева равномерные результаты обжига не возможны, а также заданное повышение температуры за единицу времени не гарантировано. В качестве нагревательных элементов применяются в известных печах для обжига нагревательные элементы с поволоками высокого сопротивления, в частности из сплава железо-хром-алюминий в кварцевой трубке. Подобные резистивные нагревательные элементы испускают, свободно излучая в активном раскаленном состоянии, предпочтительно инфракрасное излучение в диапазоне длин волн примерно от 2 до 5 мкм. Время реакции подробных нагревательных элементов, то есть время от холодного состояния до достижения максимума излучения, составляет несколько минут.
Испущенное подобными резистивными нагревательными элементами инфракрасное излучение вызывает нагрев поверхности стоматологической керамической массы. Это тепло на поверхности стоматологической керамической массы передается в соответствии с ее теплопроводностью дальше в более глубокие слои.
Предварительный нагрев также необходим для того, чтобы выделять содержащееся в стоматологической керамической массе жидкое вещество. Лишь благодаря достаточному предварительному нагреву и связанному с ним испарению жидкого вещества также из более глубоких областей стоматологической керамической массы обеспечивается, что она при обжиге не откалывается.
Для предварительного нагрева и обжига стоматологической керамической массы она укладывается на обжиговый держатель. Этот обжиговый держатель устанавливается на теплоизоляцию дна. Обжиговый держатель и теплоизоляция дна образуют донный элемент.
Перед обжигом, для предварительного нагрева и выделения содержащегося жидкого вещества, камера обжига открыта, то есть донный элемент находится за переделами камеры обжига. Этот процесс предварительного нагрева завершается пошаговым закрытием камеры обжига, и начинается процесс обжига.
Процесс обжига выполняется, в зависимости от характера стоматологической керамической массы и от заданной программы обжига, с различными параметрами программы, таким как температура, время и, опционально, низкое давление.
После завершения процесса обжига камера обжига открывается, и готовый керамический элемент может извлекаться. Камера обжига остывает и поддерживается до следующего процесса обжига на дежурной температуре.
Известные печи для обжига имеют, следовательно, в частности тот недостаток, что они должны предварительно нагреваться или поддерживаться на рабочей температуре. Это влечет за собой существенное энергопотребление. Также время цикла, то есть время от предварительного нагрева до окончательного изготовления обжигаемого керамического элемента, очень велико.
Кроме того, у современных стоматологических керамических масс для изготовления зубного протеза существует более высокое требование к способу обжига, так как эти стоматологические керамические массы имеют очень малые размеры зерен (наночастицы). Тем самым возросли также требования к выделению содержащегося жидкого вещества, а также воздушных пузырей. С известными печами для обжига это возможно лишь условно.
Задачей изобретения является создание зуботехнической печи для обжига стоматологических керамических масс, при помощи которой процесс обжига укорачивается, и предпочтительно качество улучшается.
Решение задачи осуществляется согласно изобретению с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения.
Соответствующая изобретению зуботехническая печь для обжига стоматологических керамических масс, а также для выжигания стоматологических керамических масс на стоматологических сплавах, оксиде циркония и/или других керамических материалах в сочетании с жидким веществом (жидкостью для замешивания), имеет камеру обжига для приема обжигаемых керамических элементов. Камера обжига имеет предпочтительно изоляцию камеры, а также вакуумируемый при необходимости корпус для создания низкого давления в камере обжига. Далее печь для обжига имеет нагревательное устройство для предварительного нагрева керамического элемента и для обжига керамического элемента. При помощи этого нагревательного устройства могут достигаться предпочтительно температуры до 1100°C. Согласно изобретению нагревательное устройство имеет по меньшей мере один быстродействующий нагревательный элемент, предпочтительно два или более быстродействующих нагревательных элемента, которые служат для создания инфракрасного излучения в диапазоне примерно от 0,8 до 5 мкм, причем энергия испущенного излучения в диапазоне длин волн ниже 2 мкм занимает по сравнению с имеющимися в распоряжении в настоящее время нагревательными элементами существенно большую долю внутри спектра излучения. Время реакции этих быстродействующих нагревательных элементов, то есть время от холодного состояния до достижения максимума излучения, составляет предпочтительно несколько секунд, в частности меньше 10 секунд и наиболее предпочтительно меньше 5 секунд.
Благодаря применению этих быстродействующих нагревательных элементов может существенно сокращаться время предварительного нагрева для обжигаемых керамических элементов. Дополнительная доля инфракрасного излучения в диапазоне длин волн ниже примерно 2 мкм имеет большую глубину проникновения в стоматологическую керамическую массу. Возникающий при этом нагрев стоматологической керамической массы внутри или в более глубоких слоях приводит к тому, что имеющееся там жидкое вещество быстрее испаряется. Это происходит непосредственно перед процессом нагрева или обжига, так что внешний слой стоматологической керамической массы еще не закрыт благодаря оплавлению, и таким образом имеющееся жидкое вещество может хорошо улетучиваться. Таким образом, несмотря на укороченную фазу предварительного нагрева, не существует опасности откалывания керамики от возможно имеющейся несущей конструкции, что, как правило, вызывается испарением жидкости в более глубоких слоях керамики после того, как поверхность керамики уже закрыта. Благодаря соответствующему изобретению применению этих быстродействующих нагревательных элементов в инфракрасном диапазоне примерно от 0,8 до 5 мкм могут таким образом достигаться существенно более короткие времена обжига. Также предварительный нагрев необходим для существенно меньшего промежутка времени. Вследствие этого существенно сокращается энергопотребление.
В частности, возможно обжигать соответствующий керамический элемент непосредственно в зубоврачебной практике или в лабораториях. Так как процесс обжига происходит очень быстро, и предварительный нагрев печи для обжига не требуется, возможно, что пациент ждет во время процесса обжига, и в этом отношении количество приемов у врача может существенно сокращаться. Существенная экономия энергии достигается также вследствие того, что печь для обжига должна постоянно поддерживаться на дежурной температуре (в режиме ожидания), даже если процессы обжига происходят лишь эпизодически. Наоборот соответствующая изобретению печь для обжига может применяться непосредственно. Это влечет за собой также то, что происходит нежелательный нагрев окружающей печь для обжига среды.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрены быстродействующие нагревательные элементы для создания инфракрасного излучения в диапазоне примерно от 0,8 до 5 мкм. Время реакции этих быстродействующих нагревательных элементов, то есть время от холодного состояния до достижения максимума излучения, составляет предпочтительно несколько секунд, в частности меньше 10 секунд и наиболее предпочтительно меньше 5 секунд. Инфракрасное излучение в диапазоне примерно от 0,8 до 5 мкм этих быстродействующих нагревательных элементов создается в частности одним или несколькими резистивными нагревательными проводниками, предпочтительно состоящими из вольфрама и/или молибдена и/или углерода или из комбинации нескольких указанных резистивных нагревательных проводников, выполненных в виде проволоки и/или проволочной спирали и/или полосы. Кроме того, наиболее предпочтительно, чтобы резистивный нагревательный проводник или резистивные нагревательные проводники был расположен или были расположены в каждом случае в заполненной газом камере из проницаемого для инфракрасного излучения и жаропрочного, по меньшей мере, до 1100°C материала, в частности из кварцевого стекла или других подходящих материалов.
В камере обжига может быть расположено нагревательное устройство с одним или несколькими быстродействующими нагревательными элементами. При этом речь может идти о нагревательных элементах, которые выполнены идентично и в этом отношении испускают инфракрасное излучение в одинаковом диапазоне длин волн. Однако также возможно предусматривать различные нагревательные элементы, которые имеют различные максимумы излучения. Это может реализовываться в частности за счет применения различных материалов или комбинаций материалов резистивных нагревательных проводников. Также отдельные нагревательные элементы могут быть выполнены по-разному в отношении своей формы и/или расположения в камере обжига. Кроме того, возможно то, что отдельные нагревательные элементы эксплуатируются при помощи устройства управления по-разному. Например, отдельные нагревательные элементы могут управляться в течение различных времен и/или с различными мощностями. Это возможно в частности в зависимости от обжигаемого керамического элемента, например, в отношении материала и/или формы и/или размеров керамического элемента.
По меньшей мере один быстродействующий нагревательный элемент выполнен предпочтительно в виде вытянутого тела.
Для дальнейшего улучшения качества обжига и для сокращения времен обжига предпочтительно, чтобы в камере обжига был расположен по меньшей мере один отражающий элемент. При помощи отражающего элемента осуществляется направление испущенного по меньшей мере одним быстродействующим нагревательным элементом инфракрасного излучения в направлении обжигаемого керамического элемента. Предпочтительно при этом, чтобы по меньшей мере один выполненный в частности цилиндрическим нагревательный элемент был, по меньшей мере, частично окружен отражающим элементом. В частности, отражающий элемент выполнен в поперечном сечении по возможности параболическим или примерно параболическим, для того чтобы эффективно обеспечивать соответствующее отражение/ перенаправление испущенного по меньшей мере одним быстродействующим нагревательным элементом излучения в направлении керамического элемента. При этом наиболее предпочтительно, чтобы по меньшей мере один отражающий элемент был выполнен в виде вытянутого тела. Это тело распространяется предпочтительно по всей длине нагрева соответствующего, выполненного, например, параболическим, цилиндрическим или тому подобным образом нагревательного элемента. Вследствие этого может существенно повышаться эффективность соответствующей изобретению зуботехнической печи для обжига.
Далее предпочтительно, чтобы по меньшей мере один отражающий элемент был расположен на внутренней стороне образующих камеру обжига стенок камеры. В зависимости от монтажного положения нагревательные элементы, а также соответствующие отражающие элементы могут быть ориентированы в частности горизонтально или вертикально. Само собой разумеется, также другие ориентации и комбинации различных ориентаций возможны. Стенки камеры имеют в предпочтительном усовершенствовании изобретения теплоизоляцию.
В наиболее предпочтительном усовершенствовании изобретения в камере обжига предусмотрен приемный элемент, такой как обжиговый стол, для приема керамического элемента. При этом приемный элемент изготовлен из поглощающего излучение материала или имеет поглощающий излучение материал. В частности, приемный элемент имеет материал, который поглощает большую часть инфракрасного излучения, так что приемный элемент в частности в сочетании с одним или несколькими быстродействующими активными нагревательными элементами служит в качестве дополнительного (пассивного) нагревательного элемента. Керамический элемент нагревается этим пассивным нагревательным элементом дополнительно снизу посредством теплового излучения и изнутри посредством теплопроводности. Это означает равномерное распределение тепла на весь керамический элемент при улучшении качества, а также сокращение времени обжига и тем самым в свою очередь экономию энергии. Наиболее предпочтительно, чтобы приемный элемент для лучшего поглощения излучения и таким образом для быстрого нагрева был изготовлен из темного, в частности черного материала. Наиболее предпочтительно применение карбида кремния, причем приемный элемент предпочтительно имеет карбид кремния, в частности изготовлен из карбида кремния.
Для того чтобы предотвращать отвод тепла от приемного элемента в стенку камеры, дно камеры или тому подобное, приемный элемент имеет для изоляции предпочтительно дистанционную распорку, так что поверхность соприкосновения между приемным элементом и соответствующим дном камеры максимально мала.
Кроме того, в камере обжига предпочтительно расположено устройство измерения температуры. При этом устройство измерения температуры расположено в частности не в верхней области или в краевой области камеры обжига, а рядом с обжигаемым керамическим элементом. В качестве устройства измерения температуры предпочтительно используется устройство измерения температуры, обычно применяемое в зуботехнических печах для обжига.
Соответствующее изобретению применение быстрых инфракрасных нагревательных элементов в диапазоне примерно от 0,8 до 5 мкм имеет не только то преимущество, что инфракрасное излучение глубоко проникает в обжигаемый керамический элемент и вызывает в этом случае хорошее высушивание, но и то преимущество, что происходит быстрый равномерный обжиг керамического элемента. В частности, благодаря соответствующей изобретению печи для обжига предварительный нагрев не требуется или требуется лишь незначительный предварительный нагрев. Также времена охлаждения существенно короче, чем у известных печей для обжига, так что печь для обжига после короткого времени готова для следующего процесса обжига.
Кроме того, благодаря применению быстрых инфракрасных нагревательных элементов в диапазоне примерно от 0,8 до 5 мкм возникают не только более короткие технологические времена, но и очень постоянные равномерные и высококачественные результаты обжига. Также возможно более точное управление процессом обжига. Это предпочтительно в частности при использовании современных материалов с очень малыми равномерными размерами зерен (наночастицами).
Далее изобретение более подробно разъясняется на основе предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на приложенный чертеж.
На чертеже показан:
- схематичный вид в разрезе соответствующей изобретению зуботехнической печи для обжига.
Изображенная, схематично сильно упрощенная печь для обжига имеет камеру обжига. Она образована теплоизолированными стенками камеры, а именно боковой стенкой 12, крышкой 14 и дном 16. Теплоизолированная крышка 14 имеет в продольном направлении, то есть перпендикулярно к плоскости чертежа, две параболические выемки 18. В этих выемках в каждом случае расположен выполненный цилиндрическим и распространяющийся равным образом в продольном направлении перпендикулярно к плоскости чертежа нагревательный элемент 20. Нагревательное устройство может включать в себя в каждом случае несколько нагревательных элементов 20. В частности, на каждый нагревательный элемент 20 предусмотрен по меньшей мере один инфракрасный излучатель. В зависимости от монтажного положения ориентация нагревательных элементов 20 может быть, например, также горизонтальной, наклонной или тому подобной.
Дно 11 корпуса и камера обжига могут для открытия и закрытия камеры обжига перемещаться друг относительно друга вертикально в направлении стрелки 22. Дно 11 корпуса имеет изоляционное тело 16, которое в закрытом состоянии образует боковую стенку или донную стенку камеры обжига. На изоляционном элементе 24 расположен приемный элемент 26. Он изготовлен из темного, хорошо поглощающего в инфракрасном диапазоне материала, в частности из карбида кремния. Приемный элемент 26 имеет дистанционные распорки или ножки 28, так что приемный элемент 26 изолирован относительно изоляционного элемента 16, и имеет место лишь незначительная теплопередача. На верхней стороне 30 столообразного приемного элемента 26 расположен нагреваемый или обжигаемый керамический элемент 31, такой как зубной протез. Кроме того, в области керамического элемента 31 расположено соединенное в частности с блоком управления печи для обжига устройство 34 измерения температуры.
Далее на обращенной от обжигаемого элемента стороне нагревательных элементов 20 расположены в полуцилиндрических выемках 18 отражающие элементы 36. При помощи отражающих элементов 36 происходит направление испущенного нагревательными элементами в стороны и вверх инфракрасного излучения в направлении керамического элемента 32.
Для боковых стенок 12, а также для элемента 14 крышки предусмотрен далее материал для теплоизоляции.
Для обжига керамического элемента 32 он располагается на приемном элементе 26, и печь для обжига закрывается посредством перемещения дна 11 корпуса вместе с теплоизоляцией 16 в направлении стрелки 22. Затем при помощи блока управления происходит соответствующая регулировка нагревательных элементов 20, так что благодаря использованию инфракрасных излучателей осуществляется равномерный нагрев и обжиг керамического элемента 31.