本发明涉及一种加热元件，该加热元件用于烧制和/或烧结工件、尤其是由牙科陶瓷材料制成的工件的熔炉，以及一种熔炉，该熔炉用于烧制和/或烧结工件、尤其是由牙科陶瓷材料制成的工件。本发明的应用领域包括可用于各种工业领域的工件的烧结或烧制，例如可用于特别是汽车工业中的齿轮和其他元件。本发明的另一个使用重点是在牙科领域。在该领域中，氧化锆和其他基于牙科合金的牙科陶瓷化合物被烧结和烧制为无金属假牙，特别是由锆石和/或其他陶瓷材料制成。
背景技术：
1、在用于烧制和/或烧结带有或不带有用于釉料烧制的釉漆的贴面陶瓷的牙科熔炉中，已知电阻加热，其中使用优选由kanthal(康泰尔)制成并结合在石英管中的电热丝。然而，这种已知的加热元件只能使用最高1200℃的温度。
2、其他已知的牙科熔炉描述于wo 2018/011061 a1和wo 2020/088943 a1中。
3、近年来越来越多地用于牙科修复的氧化锆(sio2)的烧结需要1650°c的温度。
4、对于用于烧制和/或烧结无金属假牙(例如氧化锆陶瓷或类似材料)的市售牙科熔炉，已知三种不同的加热系统，即
5、1.采用二硅化钼的加热系统(mosi2加热系统)，
6、2.采用碳化硅(sic)的加热系统，以及
7、3.使用感应的加热系统
8、第1项、二硅化钼：
9、二硅化钼是一种致密金属陶瓷材料，由二硅化钼和氧化物部分(主要是玻璃相)组成。该玻璃部分或该保护层在加热阶段期间发生变化，导致剥落并因此导致待烧结物体(工件)和/或烧制室的污染。这些剥落以小玻璃碎片和玻璃粉尘的形式清晰可见。
10、经过一些烧制周期后，这需要在超过1400℃的温度下进行超过四个小时的所谓清洁烧制，且熔炉内不装料，这意味着相当大的时间和能量消耗。
11、清洁烧制必须在没有待烧结物体的情况下进行多次，直到在二硅化钼加热元件处再次看到均匀的保护层。
12、加热元件上氧化层的溶解会导致形成moo3(氧化钼(vi))，也称为“有害氧化”，反而导致修复体(工件)不希望地变色成黄绿色。
13、为了保护待烧结物体免受污染/变色，需要使用覆盖工件的烧结壳。
14、此外，二硅化钼加热元件在使用短时间后对破损变得非常敏感，同时它们在高达1650℃的温度范围内会承受最大使用范围的压力，因此通常在使用短时间后发生故障。
15、第2项、碳化硅：
16、碳化硅加热棒的耐温性能较差，需要非常复杂的晶闸管控制闭环控制。此外，必须注意只有那些具有相同电阻和相同老化状态的杆才能连接。这导致系统中的单个缺陷加热棒无法被更换。在这种情况下，必须更换整个加热系统。
17、碳化硅加热棒价格昂贵且对破损高度敏感。与其他加热系统相比，更换它们会导致较高的备件成本。如上所述，当一个碳化硅加热元件发生故障时，必须更换整个系统，因为所连接的加热元件必须具有相同的电阻。否则，其他加热元件将在很短的时间内出现故障。更换所有加热元件反而会导致更高的成本。
18、第3项、感应：
19、已知通过感应来操作牙科熔炉以烧结工件。感应熔炉具有感应线圈。感应线圈也称为“电感器”。它们通常是水冷的，如果在牙科实验室或牙科诊所中使用，这是一个缺点。电流流过的感应器产生时变磁场，从而通过涡流对工件进行可控加热。
20、由于牙科领域使用的材料是不导电的，因此必须额外使用感受器，即具有吸收电磁能，将其转化为热量并通过对流传递到工件的特性的元件。
21、由于感应器必须与待处理材料的特性良好匹配才能实现所需的热行为，因此不同非导电材料在牙科技术中的可能用途受到限制，特别是在工件的尺寸方面。
22、已知感应熔炉中的烧制室的尺寸大约最大为3克朗，即，长度不得超过38毫米，高度不得超过20毫米。
23、由于高干扰发射，因此需要遵守广泛的安全规定。例如，不得在患者环境中使用感应熔炉。
24、仅允许使用有限的一组材料通过感应对工件进行热处理。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种用于烧结熔炉和/或烧制熔炉的加热元件，其特点在于高效率和耐高温性。
2、该目的通过本发明实现，本发明提供一种用于烧制和/或烧结工件、尤其是由牙科陶瓷材料制成的工件的熔炉的加热元件，该加热元件配备有：
3、蓝宝石玻璃管，以及
4、由钨和/或钼制成的加热线圈，设置在蓝宝石玻璃管内并具有引出到外部的连接引线，
5、其中蓝宝石玻璃管的端部通过封闭件以气密方式封闭，封闭件特别是由石英玻璃制成，并且
6、其中，加热线圈的连接引线通过封闭件特别是石英玻璃制成的封闭件引至外部。
7、类似地，本发明涉及一种加热元件，其加热线圈由钨制成并且其连接引线包含钼并且布置在蓝宝石玻璃管内。该玻璃管的材质是合成蓝宝石，即纯度为100％的氧化铝。
8、蓝宝石玻璃的两端特别地由石英玻璃或者另一种耐热或隔热材料以气密的方式封闭，其中加热线圈的连接引线以气密的方式穿过两个封闭件。在下文中，为了简单起见，用于这些封闭件的材料被称为“石英玻璃”。使用一块石英玻璃管，其远离蓝宝石玻璃管的一端被“紧紧挤压”。这块石英玻璃管的材质也是合成的，与合成蓝宝石材质不同，它可以在软化状态下加工，即在连接引线穿过时通过压缩(挤压)实现气密闭合。
9、蓝宝石玻璃管和石英玻璃管件连结在一起。优选地，为了使不同温度系数的材料蓝宝石和石英之间更好的过渡，在两者之间分别设置硼硅酸盐中间件。该硼硅酸盐管状件也与蓝宝石玻璃和石英玻璃封闭件连结，即以气密方式连接。相应的连结技术在现有技术中是已知的。因此，例如，可以通过玻璃焊料或类似的玻璃材料来实现连结。通过逐步适应不同的热膨胀系数，由此产生的热引起的长度变化可以得到补偿。由此避免了各个玻璃材料蓝宝石、石英和硼硅酸盐内部和之间的热应力或机械应力以及裂纹，并且确保了10-8mbar*l/s(毫巴*升/秒)的真空密封性或泄漏率。
10、在加热元件内置于熔炉中的状态下，如果硼硅酸盐的中间管状件或者如果后者不存在，则石英玻璃封闭件设置在熔炉的烧制室外面是方便的。此外，可以冷却这种中间管状件和石英玻璃封闭件，从而大大减少应力的出现。
11、设置在烧制室外部的加热元件区域在高达500℃的温度范围内是真空密封的，并且泄漏率仅为10-8mbar*l/s。
12、用于加热线圈和供电线路的材料钨和材料钼的熔化温度高于2000℃至2500℃。因此，在这方面，这些材料适合用作根据本发明的加热元件的加热线圈。加热线圈由钨制成，其中线圈在其端部通过钼中间件电连接，每个钼中间件具有一个由普通导电材料制成的电导体，优选具有增加的耐热性的材料。
13、根据本发明的有利实施例，可以设置成：加热线圈发射0.8μm至5μm或0.8μm至2.5μm的近红外范围内的电磁辐射，并且蓝宝石玻璃管对于0.17μm至6μm范围内的所述电磁辐射是可穿透的。
14、如上所述，对于不同温度系数的适应，如果在石英玻璃封闭件和蓝宝石玻璃管的端部之间分别以气密方式设置由硼硅酸盐制成的中间管状件，则是有利的。
15、在本发明的另一个有利实施例中，设置成：蓝宝石玻璃管和硼硅酸盐中间管件(如果有的话)充满稀有气体或其他惰性气体。
16、根据本发明的加热元件的进一步优点可以在以下事实中看出：当以适当的电流操作时，加热元件通过快速响应(从加热元件的“冷”状态到达到其辐射最大值的时间优选为几秒，特别是小于10秒，或小于5秒，或小于3秒)发射电磁辐射，并且不会对工件造成任何污染，此外，甚至不会受到工件物质或烧结和/或烧制过程中由此产生的物质的污染，例如来自工件上涂层例如釉料组合物的蒸汽。
17、在本发明的一个实施例中，加热线圈由钨制成，其中加热线圈的端部通过由钼制成的中间电导体与由除钼之外的材料制成的电导体连接，和/或其中钼中间导体延伸穿过蓝宝石玻璃管的封闭件。
18、蓝宝石玻璃管端部的封闭件由耐热材料制成，其热膨胀系数大致相当于钼的热膨胀系数。方便的是，钼中间导体延伸穿过这些封闭件。石英玻璃在这里特别合适。材料的其他组合也是可以想到的，这就是为什么本发明并不局限于将石英玻璃作为蓝宝石玻璃管的封闭材料，以及将钼作为中间导体。中间电导体延伸穿过封闭件的“挤压”部分，即，它应该基本上具有与封闭件材料相同的热膨胀系数，使得不会发生热应力和破裂。
19、根据本发明的加热元件可以用在根据本发明的熔炉中，所述加热元件被并入在其烧制室中，优选地以石英玻璃封闭件设置在烧制室外部的方式。便利地，加热元件通过螺钉连接件或类似的固定元件被引导穿过烧制室的壁中的相对开口。加热元件的烧制室的壁中的这些通道以气密方式密封，使得可以在烧制室内部产生真空。
20、在本发明的便利的实施例中，可以在发射室中设置至少一个反射元件，以便将加热元件发射的电磁辐射引导向工件。
21、在本发明的上述实施例中，还可以设置成：所述加热元件部分地被所述反射器元件围绕，和/或所述反射器元件的横截面为半圆形设计，并且优选地延伸至相关加热元件的整个长度，和/或在烧制室内形成的室壁具有高热绝缘性。
22、在本发明的一个优选实施例中，熔炉具有设置在烧制室中用于接收工件的接收元件，其中所述接收元件具有辐射吸收材料，该辐射吸收材料特别地吸收辐射，并且因此充当感受器元件，它作为热辐射器，将热能传递到工件。
23、在本发明的便利实施例中，所述接收元件包含碳化硅。
24、在本发明的另一有利实施例中，温度测量装置设置在靠近待烧制的陶瓷元件的烧制室中。
25、在本发明的便利实施例中，设置了感测工件区域中的温度的温度测量装置。
26、利用根据本发明的加热元件，在至少1900℃的极高温度下操作烧结熔炉或烧制熔炉是可能的，其中熔炉可以在此温度范围内永久运行，从而可以实现较长的使用寿命。因此，在以这种方式配备的熔炉中，一般的陶瓷烧制和烧结过程都可以在大气压或真空中在极高的温度下进行。尤其是在1600℃左右温度范围的“烧制烧结”工艺中，对加热元件提出了很高的要求。由于采用了蓝宝石玻璃，因此本发明的加热元件满足了可靠、寿命长、快捷、清洁、节能的特性、短时间内提供高热辐射。根据本发明，这是通过使用蓝宝石玻璃管以及由钨和钼过渡层制成的加热线圈来实现的。
27、合成蓝宝石玻璃的物理特性满足耐腐蚀性酸和蒸汽、密度(对于气密性很重要)、硬度和抗压强度的所有必要要求。
28、技术和牙科烧结工艺所需的温度约为1600℃，远低于约2050℃的熔点，这对于蓝宝石玻璃至关重要。因此，根据本发明，蓝宝石玻璃管可抵抗高达1900℃的烧制室温度。
29、蓝宝石的另一个相关特性是它的透射率，即加热线圈在0.8μm至2.5μm范围内的电磁辐射的透射度，使得烧制和烧结过程可以在极短的时间内发生。波长范围低于2μm的辐射范围具有对工件的穿透深度更大的特性，因此可以在极短的时间内获得高质量的结果。热能几乎完全通过辐射到达工件；热对流与此无关。
30、本发明的另一个优点可以看出，加热元件的使用和蓝宝石玻璃管的物理特性使其在0.8μm至2.5μm的短波红外范围内提供了优异的传输性能。
31、另一个优点是，蓝宝石玻璃管具有出色的耐化学性和耐腐蚀性，具有出色的光学、机械和热性能，因此，即使存在永久应力，烧制和/或烧结过程的结果质量也不会受到限制或变化。
32、最后，还可以指出的一个优点是，0.8μm至2.5μm的短波红外辐射作用于工件，以及与之相关的辐射对工件的巨大穿透深度，实现了显著缩短的烧制和/或烧结时间。这反过来又显著降低了能量消耗。
33、下面，通过实施例并参考附图更详细地解释本发明。具体如下。
1.一种加热元件，所述加热元件用于烧制和/或烧结工件，尤其是由牙科陶瓷材料制成的工件的熔炉，所述加热元件包括：
2.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，所述加热线圈(17)发射0.8μm至5μm、或0.8μm至2.5μm的近红外范围内的电磁辐射，并且所述蓝宝石玻璃管(8)对于0.17μm至6μm范围内的电磁辐射是可穿透的。
3.根据权利要求1或2所述的加热元件，其特征在于，中间管状件(9)分别以气密的方式设置在所述蓝宝石玻璃管封闭件(10)和所述蓝宝石玻璃管(8)的端部之间，所述中间管状件(9)由耐热材料制成，耐热材料的热膨胀系数介于蓝宝石玻璃的热膨胀系数和所述蓝宝石玻璃管(8)的封闭材料的热膨胀系数之间，所述中间管状件(9)特别是由硼硅酸盐制成的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加热元件，其特征在于，所述蓝宝石玻璃管(8)和硼硅酸盐的中间管状件(9)(如果有的话)填充有稀有气体或其他惰性气体。
5.根据权利要求1至4中任一项的加热元件，其特征在于，所述加热元件(7)在适当的电流下工作时，快速响应发射电磁辐射，并且不会对工件(4)造成污染，此外，所述加热元件(7)甚至不会被工件(4)的物质或在烧结和/或烧制中由此产生的物质污染，例如来自工件上的涂层例如釉料组合物的蒸气。
6.根据权利要求1至5中任一项的加热元件，其特征在于，所述加热线圈(17)由钨制成，并且所述加热线圈(17)的端部通过由钼制成的中间电导体与由钼以外的材料制成的电导体连接，和/或所述钼中间导体(11)延伸穿过所述蓝宝石玻璃管(8)的封闭件。
7.一种熔炉，所述熔炉用于烧制和/或烧结工件，特别是由牙科陶瓷材料制成的工件，所述熔炉包括：
8.根据权利要求7所述的熔炉，其特征在于，在所述烧制室(1)中设置有至少一个反射元件(13)，以便将所述加热元件(7)发射的电磁辐射引导向所述工件(4)。
9.根据权利要求7或8所述的熔炉，其特征在于，所述加热元件(7)被所述反射器元件(5)部分地围绕。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的熔炉，其特征在于，所述反射器元件(13)的横截面为半圆形设计，并且优选地在相关加热元件(7)的整个长度上延伸。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的熔炉，其特征在于，在所述烧制室(1)中形成的室壁(6、13、14)具有高绝热性。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的熔炉，其特征在于，用于接收所述工件(4)的接收元件(3)设置在所述烧制室(1)中，其中所述接收元件(6)具有辐射吸收材料，该辐射吸收材料特别地吸收辐射，并因此充当感受器元件，其作为热辐射器，将热能传递至所述工件(4)。
13.根据权利要求12所述的熔炉，其特征在于，所述接收元件(6)包括碳化硅。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的熔炉，其特征在于，在所述烧制室(2)中靠近待烧制的所述陶瓷元件(4)处设有温度测量装置(5)。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的熔炉，其特征在于，所述温度测量装置(5)感测所述工件(4)的区域中的温度。
