FR2669557A1 - Device for homogeneous treatment, using microwaves, of materials under mechanical pressure stress - Google Patents
Device for homogeneous treatment, using microwaves, of materials under mechanical pressure stress Download PDFInfo
- Publication number
- FR2669557A1 FR2669557A1 FR9014889A FR9014889A FR2669557A1 FR 2669557 A1 FR2669557 A1 FR 2669557A1 FR 9014889 A FR9014889 A FR 9014889A FR 9014889 A FR9014889 A FR 9014889A FR 2669557 A1 FR2669557 A1 FR 2669557A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- mold
- dielectric
- treated
- propagation
- electromagnetic wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B19/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing insulators or insulating bodies
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
- B01J19/122—Incoherent waves
- B01J19/126—Microwaves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
- B29C33/02—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with incorporated heating or cooling means
- B29C33/06—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with incorporated heating or cooling means using radiation, e.g. electro-magnetic waves, induction heating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
- B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
- B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/64—Heating using microwaves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
- B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
- B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
- B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
- B29C2035/0855—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using microwave
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2031/00—Other particular articles
- B29L2031/34—Electrical apparatus, e.g. sparking plugs or parts thereof
- B29L2031/3412—Insulators
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
Abstract
Description
La présente invention est relative au traitement par micro-ondes de matériaux diélectriques et se rapporte plus particulièrement à un traitement de ce type réalisé sous contrainte de pression mécanique. The present invention relates to the microwave treatment of dielectric materials and relates more particularly to a treatment of this type produced under mechanical pressure stress.
Les traitements par micro-ondes habituellement utilisés pour l'élaboration ou la mise en oeuvre de matériaux diélectriques, notamment de matériaux composites à matrice organique, dont les dimensions sont supérieures à la demi-longueur d'onde du rayonnement électromagnétique font intervenir soit un système assurant le déplacement relatif du matériau par rapport à la structure spatiale du champ électromagnétique, soit un système de type à cavité multimode avec brasseur de modes de propagation. The microwave treatments usually used for the preparation or implementation of dielectric materials, especially organic matrix composite materials, whose dimensions are greater than the half-wavelength of the electromagnetic radiation involve either a system ensuring the relative displacement of the material with respect to the spatial structure of the electromagnetic field, ie a multimode cavity type system with a propagation mode stirrer.
Dans la première solution, l'application d'une contrainte de pression est généralement impossible du fait du déplacement du matériau. In the first solution, the application of a pressure constraint is generally impossible because of the movement of the material.
Dans la seconde solution, le matériau à traiter et les éléments diélectriques qui réalisent lten- semble de maintien sous pression de ce matériau (matrice plus poinçon) constituent par leur permittivité moyenne, leurs dimensions et la configuration de leurs interfaces, un circuit électrique hyperfréquence qui sélectionne les modes de propagation. En effet, les expériences montrent que, avec ou sans brasseur de modes, des défauts d'homogénéité ou des "marquages hétérogènes" apparaissent au sein du matériau à traiter, si les traitements ne sont pas suffisamment doux et leurs durées suffisamment prolongées. In the second solution, the material to be treated and the dielectric elements which carry out the pressure holding of this material (matrix plus punch) constitute by their average permittivity, their dimensions and the configuration of their interfaces, a microwave electrical circuit which select the propagation modes. Indeed, the experiments show that, with or without a mode stirrer, homogeneity defects or "heterogeneous markings" appear within the material to be treated, if the treatments are not sufficiently soft and their sufficiently prolonged durations.
Les défauts d'homogénéité ou marquages observés dans ces expériences résultent de l'établissement de régimes d'ondes stationnaires qui sont générés dans le matériau par les réflexions internes aux interfaces, en fonction des modes de propagation excités par ces interfaces et en fonction des distances particulières qui les séparent. Ces effets sont d'autant plus importants que l'atténuation des ondes dans ces types de matériaux est relativement faible en raison de la faible constante diélectrique de pertes et que la diffusion de la chaleur favorise peu l'homogénéisation entre les zones marquées, du fait de la conductivité thermique également faible et de la durée des traitements volontairement réduite. The defects of homogeneity or markings observed in these experiments result from the establishment of stationary wave regimes which are generated in the material by the reflections internal to the interfaces, as a function of the propagation modes excited by these interfaces and as a function of the distances which separate them. These effects are all the more important because the attenuation of the waves in these types of materials is relatively low because of the low dielectric constant of losses and because the diffusion of heat favors little homogenization between the marked zones, because thermal conductivity also low and the duration of treatments voluntarily reduced.
Une telle observation de marquages dus aux hétérogénéités et l'incidence des conditions de diffusion de la chaleur sont bien précisées dans le brevet
FR.84 15 106. Dans le dispositif décrit dans ce brevet, l'homogénéisation résulte uniquement des conditions de conductivité thermique, l'applicateur restant du type multimode.Such an observation of markings due to heterogeneities and the incidence of heat diffusion conditions are well specified in the patent.
In the device described in this patent, the homogenization only results from the conditions of thermal conductivity, the applicator remaining of the multimode type.
Pour le dispositif décrit dans le brevet JP60-135230, la contrainte de pression est réduite à une mise sous vide des matériaux à traiter ou à assembler par collage. De ce fait, le remplissage de l'applicateur reste faible et ne nécessite pas de conditions diêlec- triques particulières pour les valeurs de constante de permittivité. For the device described in patent JP60-135230, the pressure stress is reduced to a vacuum of the materials to be treated or assembled by gluing. As a result, the filling of the applicator remains low and does not require particular dielectric conditions for the permittivity constant values.
Enfin, le brevet FR 88 08 081 ne précise aucun élément relatif à l'application de l'énergie micro-onde ni des conditions de propagation des ondes. Finally, patent FR 88 08 081 does not specify any element relating to the application of microwave energy or wave propagation conditions.
L'invention vise à remédier aux inconvénients de la technique antérieure en proposant un "moule " où le champ électrique du mode fondamental est guidé de manière à éviter l'excitation des modes hybrides qui nuisent à l'homogénéité du traitement. The invention aims to overcome the drawbacks of the prior art by providing a "mold" where the electric field of the fundamental mode is guided so as to avoid the excitation of hybrid modes that hinder the homogeneity of the treatment.
La grande difficulté rencontrée dans les procédés de traitement des matériaux par micro-ondes est le contrôle de la répartition spatiale de l'énergie électrique, c'est à dire l'obtention d'un traitement homogène. The great difficulty encountered in microwave material processing processes is the control of the spatial distribution of electrical energy, that is to say the obtaining of a homogeneous treatment.
L'invention vise à créer un nouveau dispositif permettant un traitement homogène grâce à l'établis- sement d'une configuration appropriée du champ électrique dans un moule sous contrainte mécanique. The aim of the invention is to create a new device which allows homogeneous treatment by establishing an appropriate configuration of the electric field in a mold under mechanical stress.
Elle a donc pour objet un dispositif de traitement de matériaux diélectriques à l'aide de microondes comprenant un moule destiné à contenir le matériau à traiter, des moyens de mise sous pression du matériau contenu dans le moule, et un générateur de micro-ondes destiné à appliquer au moule l'~nergîe hyperfréquence nécessaire au traitement du matériau, caractérisé en ce que le moule comprend au moins un matériau diélectrique transparent aux micro-ondes, entourant le matériau à traiter, le matériau diélectrique résistant à l'application d'une contrainte mécanique et ayant une permittivité diélectrique décroissante depuis le matériau à traiter jusqu'à la paroi extérieure du moule, la valeur de la permittivité diélectrique moyenne du matériau diélectrique étant inférieure à la valeur correspondant à la situation de coupure du premier mode d'ordre supérieur au mode fondamental de l'onde électromagnétique engendrée par le générateur. It therefore relates to a device for processing dielectric materials using microwaves comprising a mold for containing the material to be treated, means for pressurizing the material contained in the mold, and a microwave generator for to apply to the mold the hyperfrequency microwave necessary for the treatment of the material, characterized in that the mold comprises at least one microwave-transparent dielectric material, surrounding the material to be treated, the dielectric material resistant to the application of a mechanical stress and having a decreasing dielectric permittivity from the material to be treated to the outer wall of the mold, the value of the dielectric mean permittivity of the dielectric material being lower than the value corresponding to the breaking position of the first higher order mode to the fundamental mode of the electromagnetic wave generated by the generator.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, au moins l'interface d'entrée de l'onde électromagnétique dans le moule est constituée par une surface inclinée par rapport à la direction de propagation de l'onde électromagnétique d'un angle o favorisant la propagation du seul mode fondamental TEOl dans le moule. According to a particular characteristic of the invention, at least the input interface of the electromagnetic wave in the mold is constituted by a surface inclined with respect to the direction of propagation of the electromagnetic wave of an angle propagation of the only fundamental mode TEOl in the mold.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels
- la Fig.1 est une représentation schématique en perspective de l'entrée du moule mettant en lumière l'empilement des différents diélectriques garnissant le moule ainsi que la position du matériau à traiter suivant l'invention;
- la Fig.2 est une vue de profil du moule de la Fig.1 contenant le matériau à traiter;
- les Fig.3A et 3B représentent les coupes AA et BB des Fig.2,5 et 6;
- la Fig.4 est une représentation en coupe transversale du montage d'application de la pression mécanique;
- les Fig.5 et 6 sont des vues analogues à celle de la Fig.2 et représentent deux autres formes de moule possibles; et
- la Fig.7 représente le dispositif de traitement dans sa totalité.The invention will be better understood from the following description, given solely by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:
- Fig.1 is a schematic representation in perspective of the input of the mold highlighting the stack of different dielectric lining the mold and the position of the material to be treated according to the invention;
- Fig.2 is a profile view of the mold of Fig.1 containing the material to be treated;
FIGS. 3A and 3B show sections AA and BB of FIGS. 2, 5 and 6;
Fig.4 is a cross-sectional representation of the mechanical pressure application fitting;
FIGS. 5 and 6 are views similar to that of FIG. 2 and represent two other possible mold shapes; and
- Fig.7 represents the treatment device in its entirety.
La démarche suivie dans la présente invention consiste à ne permettre l'établissement que d'un seul mode de propagation des ondes dans le matériau à traiter, dans le moule qui le contient et dans l'applicateur qui lui est associé. The approach followed in the present invention is to allow the establishment of only one wave propagation mode in the material to be treated, in the mold that contains it and in the applicator associated with it.
Pour que le mode choisi soit unique, il doit être le mode fondamental TEO1 et la configuration de l'ensemble diélectrique formé par le moule et le matériau à traiter doit être conçue de manière à interdire la propagation des modes d'ordre supérieur et, de façon corollaire, les modes hybrides qui pourraient résulter de la possibilité d'existence de ces modes d'ordre supérieur et de leur excitation par les interfaces à l'entrée et à la sortie du moule. Le mode fondamental étant filtré, sa répartition spatiale est connue. For the mode chosen to be unique, it must be the fundamental mode TEO1 and the configuration of the dielectric assembly formed by the mold and the material to be treated must be designed to prohibit the propagation of higher order modes and, corollary way, the hybrid modes that could result from the possibility of existence of these modes of higher order and their excitation by the interfaces at the entrance and exit of the mold. The fundamental mode being filtered, its spatial distribution is known.
On dispose donc le matériau à traiter dans une zone à champ électrique maximal-et homogène. The material to be treated is thus available in a zone with a maximum electric field and homogeneous.
Sur la Fig.1, on a représenté de façon schématique l'entrée du moule du dispositif suivant l'invention
Le moule proprement dit est matérialisé par un guide d'onde 1 dans lequel est interposé un empilement de pièces de remplissage en matériau diélectrique qui délimitent une cavité 2 dans laquelle est disposé le matériau à traiter 3.In FIG. 1, the input of the mold of the device according to the invention is schematically represented.
The actual mold is materialized by a waveguide 1 in which is placed a stack of filling pieces made of dielectric material which delimit a cavity 2 in which the material to be treated 3 is arranged.
Cet empilement est constitué dans le présent exemple de cinq couches de matériau diélectrique 4,5, 6, 7 et 8 disposées symétriquement par rapport au plan horizontal médian du guide. This stack consists in the present example of five layers of dielectric material 4,5, 6, 7 and 8 arranged symmetrically with respect to the median horizontal plane of the guide.
Les couches 4 et 8, et 5 et 7, sont constituées deux à deux de matériaux diélectriques de même nature. The layers 4 and 8, and 5 and 7, are made in pairs of dielectric materials of the same kind.
La permittivité du matériau Il des couches 5 et 7 est supérieure à celle des matériaux I des couches 4 et 8. The permittivity of material II of layers 5 and 7 is greater than that of materials I of layers 4 and 8.
La couche 6 est réalisée en un matériau III de permittivité supérieure à celle des couches 5 et 7 qui l'entourent. The layer 6 is made of a material III of permittivity greater than that of the layers 5 and 7 which surround it.
Cette couche est interrompue pour définir avec les couches 5 et 7 voisines quatre des parois de la cavité 2 de réception du matériau à traiter. This layer is interrupted to define with the layers 5 and 7 adjacent four walls of the cavity 2 for receiving the material to be treated.
Cette cavité est fermée par deux parois latérales qui sont formées par des couches 9 et 10 d'un quatrième matériau diélectrique IV. This cavity is closed by two side walls which are formed by layers 9 and 10 of a fourth dielectric material IV.
Le moule est placé dans un dispositif d'application de pression représenté en trait mixte et qui sera décrit par la suite. The mold is placed in a pressure application device shown in phantom and will be described later.
Ainsi qu'on peut le voir à la Fig.1, le moule présente une interface 11 d'entrée pour l'onde électromagnétique dans le moule, constitué par une surface inclinée par rapport à la direction longitudinale du guide d'onde d'un angle o tel que la propagation du seul mode fondamental TEO1 dans le moule soit favorisée. As can be seen in FIG. 1, the mold has an input interface 11 for the electromagnetic wave in the mold, constituted by a surface inclined with respect to the longitudinal direction of the waveguide of a angle o such that the propagation of the only basic mode TEO1 in the mold is favored.
Les expériences réalisées dans des applicateurs contenant un matériau à traiter et garnis de matériaux diélectriques de caractéristiques différentes ont montré que
- l'angle d'entrée o détermine d'une part les valeurs de la transmission et de la réflexion de l'onde pour le mode fondamental et, d'autre part, est responsable de l'excitation des modes d'ordre supérieur et notamment des modes hybrides stables et reproductibles,
- les faibles valeurs des angles o d'inclinaison ou de biseau diminuent la réflexion du mode fondamental mais aussi en diminuent la transmission et augmentent la transmission des autres modes indésirables.Experiments carried out in applicators containing a material to be treated and filled with dielectric materials of different characteristics have shown that
- the input angle o determines on the one hand the values of the transmission and the reflection of the wave for the fundamental mode and, on the other hand, is responsible for the excitation of the modes of higher order and in particular stable and reproducible hybrid modes,
the low values of the inclination or bevel angles reduce the reflection of the fundamental mode but also reduce the transmission thereof and increase the transmission of the other undesirable modes.
Par ailleurs, les expériences ont également montré que la longueur de mode de propagation (longueur d'onde guidée) est unique et est une fonction de la valeur moyenne des permittivités des constituants; cette "moyenne" dépend aussi de la position respective de ces constituants par rapport à la structure du mode de propagation. Furthermore, the experiments also showed that the propagation mode length (guided wavelength) is unique and is a function of the average value of the permittivities of the constituents; this "average" also depends on the respective position of these constituents with respect to the structure of the propagation mode.
L'interface d'entrée dans le moule excite inévitablement les modes d'ordre supérieur. Afin d'éviter leur propagation dans le moule pour ne filtrer que le mode fondamental, il faut, selon l'invention, que les matériaux diélectriques de constitution du moule présentant une permittivité "moyenne" inférieure à la valeur correspondant à la situation de coupure du premier mode d'ordre supérieur. La valeur seuil de la permittivité moyenne des diélectriques constituant le moule est donnée par l'expression suivante
où Em est la permittivité relative moyenne du matériau formant le moule.The input to the mold interface inevitably excites higher order modes. In order to prevent their propagation in the mold in order to filter only the fundamental mode, it is necessary, according to the invention, for the dielectric materials of constitution of the mold to have an "average" permittivity lower than the value corresponding to the breaking position of the first higher order mode. The threshold value of the average permittivity of the dielectrics constituting the mold is given by the following expression
where Em is the average relative permittivity of the material forming the mold.
c, la célérité de la lumière,
f, la fréquence de l'onde,
a, le grand côté de l'applicateur.c, the speed of light,
f, the frequency of the wave,
a, the big side of the applicator.
A titre d'exemple, pour un guide d'ondes standard qui, pour l'Europe, correspond à une forme prismatique de section rectangulaire où a = 86,36 mm, la permittivité seuil est de 2,0. For example, for a standard waveguide which, for Europe, corresponds to a prismatic shape of rectangular section where a = 86.36 mm, the threshold permittivity is 2.0.
Cette permittivité doit tenir compte de l'amplitude des variations de la permittivité du matériau à traiter, pendant la totalité du cycle de transformation. This permittivity must take into account the amplitude of the variations in the permittivity of the material to be treated during the entire transformation cycle.
Cette condition étant remplie, les modes indésirables excités à l'interface s'atténuent exponentiellement (modes évanescents) et le mode fondamental se trouve être le seul mode à se propager dans le moule. This condition being fulfilled, the undesirable modes excited at the interface are attenuated exponentially (evanescent modes) and the fundamental mode happens to be the only mode to propagate in the mold.
Ainsi qu'on peut le voir à la Fig.2, l'interface 12 de sortie du moule est elle aussi un biseau parallèle à l'interface d'entrée 11 afin d'éviter la réflexion des ondes sur ladite interface et leur retour vers le moule. As can be seen in FIG. 2, the output interface 12 of the mold is also a bevel parallel to the input interface 11 in order to avoid the reflection of the waves on said interface and their return towards the mold.
Les Fig.3A et 3B sont des vues en coupe suivant les lignes A-A et B-B de la Fig.2, 5 et 6 et montrent respectivement les positions des diverses couches de matériau diélectrique dans le moule en dehors de la cavité contenant le matériau à traiter et en regard de cette cavité. Fig.3A and 3B are sectional views along the lines AA and BB of Fig.2, 5 and 6 and respectively show the positions of the various layers of dielectric material in the mold outside the cavity containing the material to be treated and facing this cavity.
Sur la Fig.3A, les couches 4,5 et 7,8 de matériau diélectrique de remplissage I et Il sont disposées de part et d'autre de la couche 6 de matériau diélectrique de remplissage III et constituent une configuration de permittivité décroissant du centre vers les bords du moule. In FIG. 3A, the layers 4,5 and 7,8 of dielectric filler material I and II are disposed on either side of the layer 6 of dielectric filler material III and constitute a decreasing permittivity configuration of the center towards the edges of the mold.
Sur la Fig.3B, le matériau à traiter 3 occupe le centre de la cavité. Il est confiné sur ses faces latérales horizontales par les couches 5, 7 de matériau diélectrique Il qui à leur tour sont prises entre les deux couches 4,8 de matériau diélectrique I. In Fig.3B, the material to be treated 3 occupies the center of the cavity. It is confined on its horizontal lateral faces by the layers 5, 7 of dielectric material 11 which in turn are taken between the two layers 4.8 of dielectric material I.
Le matériau 3 ê traiter est en outre confiné sur ses faces verticales par les couches 9, 10 de matériau diélectrique de remplissage IV. The material 3 to be treated is further confined on its vertical faces by the layers 9, 10 of filling dielectric material IV.
Sur la Fig.4, on a représenté en coupe le dispositif d'application de pression mécanique au matériau à traiter. In FIG. 4, the device for applying mechanical pressure to the material to be treated is shown in section.
Ce montage qui est avantageusement incorporé au guide d'onde 1 de la Fig.1 en regard de l'empilement de couches de matériau diélectrique délimitant la cavité 2 contenant le matériau à traiter, comporte une matrice métallique 14 pourvue d'une embase 15 et dans laquelle est ménagée une chambre 16 ouverte à sa partie supérieure ayant les dimensions intérieures du guide d'onde 1. This arrangement, which is advantageously incorporated in the waveguide 1 of FIG. 1 opposite the stack of layers of dielectric material delimiting the cavity 2 containing the material to be treated, comprises a metal matrix 14 provided with a base 15 and in which is provided a chamber 16 open at its upper part having the inner dimensions of the waveguide 1.
Un poinçon 17 est mis en place sur la partie supérieure ouverte de la matrice afin d'appliquer une pression à l'empilement de couches de matériau diélectrique décrit en référence aux Fig.1 à 3B et par conséquent au matériau à traiter 3 contenu dans la cavité 2. A punch 17 is placed on the open upper part of the die in order to apply a pressure to the stack of layers of dielectric material described with reference to FIGS. 1 to 3B and consequently to the material to be treated 3 contained in FIG. cavity 2.
L'empilement représenté à la Fig.5 est constitué des mêmes couches 4 à 8 de matériaux diélectriques de permittivité décroissante du centre vers les parois du guide d'onde qui le contient, que celles de l'agencement de la Fig.2. The stack shown in FIG. 5 consists of the same layers 4 to 8 of dielectric materials of decreasing permittivity from the center towards the walls of the waveguide which contains it, as those of the arrangement of FIG.
Il diffère de celui-ci par ses interfaces d'entrée et de sortie 18 et 19 qui sont constituées chacune par une paroi en creux formée de deux plans sécants 18a, 18b, 19a, 19b inclinés d'un angle o par rapport à la direction longitudinale du guide. It differs from it by its input and output interfaces 18 and 19 which each consist of a hollow wall formed of two intersecting planes 18a, 18b, 19a, 19b inclined at an angle o with respect to the direction longitudinal guide.
L'empilement représenté à la Fig.6 diffère de celui de la Fig.5 en ce que ses interfaces d'entrée et de sortie 20 et 21 sont constituées par des parois en saillie 20, 21 formées chacune de deux plans sécants 20a, 20b, 21a, 21b inclinés d'un angle e par rapport à la direction longitudinale du guide. The stack shown in FIG. 6 differs from that of FIG. 5 in that its input and output interfaces 20 and 21 are constituted by projecting walls 20, 21 each formed of two secant planes 20a, 20b , 21a, 21b inclined at an angle e with respect to the longitudinal direction of the guide.
Sur la Fig.7, on a représenté schématiquement le dispositif de traitement dans son ensemble. In Fig. 7, there is shown schematically the processing device as a whole.
Ce dispositif comporte un applicateur 22 dont la configuration est celle décrite en référence aux
Fig.4 et 5 et dont l'ensemble de mise sous pression est représenté schématiquement par un poinçon 23.This device comprises an applicator 22 whose configuration is that described with reference to
FIGS. 4 and 5, the pressurization assembly of which is diagrammatically represented by a punch 23.
L'applicateur est relié à un guide d'onde 24 auquel est connecté à une extrémité un générateur de micro-ondes 25, un isolateur 26 étant interposé entre le générateur 25 et l'applicateur 22. The applicator is connected to a waveguide 24 to which is connected at one end a microwave generator 25, an insulator 26 being interposed between the generator 25 and the applicator 22.
Le générateur 25 du type magnétron, génère des ondes électromagnétiques à une fréquence de 2,45 GHz et l'isolateur 26 protège le générateur contre d'éventuelles ondes de retour. The magnetron type generator 25 generates electromagnetic waves at a frequency of 2.45 GHz and the insulator 26 protects the generator against any return waves.
L'isolateur 26 est du type à circulation d'eau. The insulator 26 is of the water circulation type.
A son extrémité opposée au générateur 25, le guide d'onde 24 est connecté à une charge adaptable 27 qui, elle aussi, est du type à circulation d'eau, et qui est destinée à éviter tout retour d'ondes vers le moule. At its end opposite the generator 25, the waveguide 24 is connected to an adaptable load 27 which, too, is of the water circulation type, and which is intended to prevent any wave return to the mold.
Les ondes électromagnétiques délivrées par le générateur de micro-ondes sont guidées vers le moule par le guide d'onde 24 dans lequel seul le mode fondamental se propage. The electromagnetic waves delivered by the microwave generator are guided towards the mold by the waveguide 24 in which only the fundamental mode is propagated.
Dans le dispositif représenté ici à titre d'exemple, le champ électrique est maximum et homogène dans le plan médian de l'applicateur 22 et la substance 3 à traiter est donc disposée au centre du moule comme indiqué sur les figures. In the device represented here by way of example, the electric field is maximum and homogeneous in the median plane of the applicator 22 and the substance 3 to be treated is thus disposed in the center of the mold as indicated in the figures.
La répartition homogène de l'intensité du champ électrique dans la substance à traiter est maîtrisée grâce aux propriétés suivantes des diélectriques I,
II, III et IV qui constituent le moule.The homogeneous distribution of the intensity of the electric field in the substance to be treated is controlled thanks to the following properties of the dielectrics I,
II, III and IV which constitute the mold.
La permittivité diélectrique III est très voisine de celle du matériau à traiter pour éviter la discontinuité diélectrique afin que l'onde électromagnétique entre facilement dans la substance. The dielectric permittivity III is very close to that of the material to be treated to avoid dielectric discontinuity so that the electromagnetic wave easily enters the substance.
La permittivité diélectrique du matériau à traiter étant la plus élevée, celles des diélectriques environnants I et Il sont dans l'ordre E'(I) < E'(II);
E'(II) est légèrement inférieure à la permittivité du matériau.The dielectric permittivity of the material to be treated being the highest, those of the surrounding dielectrics I and II are in the order E '(I) <E'(II);
E '(II) is slightly less than the permittivity of the material.
Le diélectrique Il a les qualités d'un matériau de moule. En effet, ce matériau étant en contact direct avec le matériau à traiter, c'est donc de son état de surface que dépend l'aspect de la pièce à élaborer. En outre, ces performances ne doivent pas évoluer avec la température. The dielectric It has the qualities of a mold material. Indeed, this material being in direct contact with the material to be treated, it is therefore its surface state that depends on the appearance of the part to be developed. In addition, these performances must not change with temperature.
La conductivité thermique du diélectrique Il présente une anisotropie. Il est préférable qu'il soit bon conducteur thermiquement dans le sens de la propagation des ondes afin de faciliter l'uniformisation de l'échauffement dans le sens longitudinal. A l'inverse, les pertes de chaleur vers le diélectrique Il sont réduites au minimum possible grâce à une conductivité thermique du diélectrique Il très faible dans la direction perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde électromagnétique et à la direction du champ électrique. Cette propriété peut être acquise en utilisant pour le diélectrique II, par exemple, un matériau à fibres. The thermal conductivity of the dielectric It has anisotropy. It is preferable that it is a good thermal conductor in the direction of propagation of the waves in order to facilitate the uniformization of the heating in the longitudinal direction. On the other hand, the heat losses towards the dielectric II are reduced to the minimum possible thanks to a very low thermal conductivity of the dielectric Il in the direction perpendicular to the direction of propagation of the electromagnetic wave and the direction of the electric field. This property can be acquired by using for the dielectric II, for example, a fiber material.
Le diélectrique IV constituant les couches 9 et 10 (Fig.3B) présente des propriétés d'isolant thermique. The dielectric IV constituting the layers 9 and 10 (FIG. 3B) has thermal insulation properties.
Afin de limiter les déperditions latérales de la chaleur, il est intercalé, entre la substance à traiter et la paroi métallique de l'applicateur. In order to limit the lateral losses of heat, it is inserted between the substance to be treated and the metal wall of the applicator.
Enfin, tous ces diélectriques ont la propriété commune d'être tous résistants à la pression mécanique. Finally, all these dielectrics have the common property of being all resistant to mechanical pressure.
Les ondes sortant du moule sont piégées dans la charge constituée par la charge adaptable 27. Aucun retour des ondes n'est observé, ce qui confère au système une structure à onde progressive. The waves leaving the mold are trapped in the load constituted by the adaptable load 27. No return waves are observed, which gives the system a traveling wave structure.
Ainsi, on contrôle l'homogénéité de la répartition spatiale du champ électrique dans le matériau à traiter. Thus, the homogeneity of the spatial distribution of the electric field in the material to be treated is controlled.
Le fait que la substance à transformer possède la permittivité diélectrique la plus élevée permet une bonne concentration du champ dans la susbtance et donc une bonne homogénéité de son traitement. The fact that the substance to be transformed has the highest dielectric permittivity allows a good concentration of the field in the susbtance and therefore a good homogeneity of its treatment.
Le dispositif de traitement suivant l'invention est particulièrement bien adapté pour assurer le traitement thermique de matériaux composites constitués d'une masse de matière organique et de matériaux de charges tels que des fibres de verre, des fibres de carbone ou autre. The treatment device according to the invention is particularly well suited to ensure the heat treatment of composite materials consisting of a mass of organic material and filler materials such as glass fibers, carbon fibers or the like.
Il est également adapté pour le traitement de matières organiques homogènes. It is also suitable for the treatment of homogeneous organic matter.
Dans les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, les angles d'inclinaison des interfaces d'entrée et de sortie sont égaux. In the embodiments that have just been described, the inclination angles of the input and output interfaces are equal.
Cependant, ces angles peuvent être choisis différents compte tenu de la transmission et de la réflexion du mode fondamental de l'onde électromagnétique. However, these angles can be chosen different given the transmission and reflection of the fundamental mode of the electromagnetic wave.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9014889A FR2669557B1 (en) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | DEVICE FOR HOMOGENEOUS TREATMENT BY MICROWAVE OF MATERIALS UNDER MECHANICAL PRESSURE CONSTRAINT. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9014889A FR2669557B1 (en) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | DEVICE FOR HOMOGENEOUS TREATMENT BY MICROWAVE OF MATERIALS UNDER MECHANICAL PRESSURE CONSTRAINT. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2669557A1 true FR2669557A1 (en) | 1992-05-29 |
FR2669557B1 FR2669557B1 (en) | 1993-06-25 |
Family
ID=9402688
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR9014889A Expired - Fee Related FR2669557B1 (en) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | DEVICE FOR HOMOGENEOUS TREATMENT BY MICROWAVE OF MATERIALS UNDER MECHANICAL PRESSURE CONSTRAINT. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2669557B1 (en) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0640470A2 (en) * | 1993-08-30 | 1995-03-01 | Sp Reifenwerke Gmbh | Process for manufacturing pneumatic tyres using microwave energy |
EP0661149A2 (en) * | 1994-01-04 | 1995-07-05 | Sp Reifenwerke Gmbh | Process for manufacturing pneumatic tyres using microwave energy |
FR2720971A1 (en) * | 1994-06-08 | 1995-12-15 | Centre Nat Rech Scient | Microwave treatment of material |
EP0726127A1 (en) * | 1995-02-02 | 1996-08-14 | Hüls Aktiengesellschaft | Moulds for forming latex foam articles using microwave energy |
EP1292437A1 (en) * | 2000-05-04 | 2003-03-19 | Bale Fusion Limited | A method and apparatus for forming an article and an article formed thereby |
WO2010076170A3 (en) * | 2008-12-30 | 2010-08-19 | Basf Se | Microwave-assisted setting of shaped ceramic/foam bodies |
EP2974530A4 (en) * | 2013-03-15 | 2017-04-19 | NIKE Innovate C.V. | Microwave treatment of materials |
US9781778B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-10-03 | Nike, Inc. | Customized microwaving energy distribution utilizing slotted wave guides |
US9955536B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-04-24 | Nike, Inc. | Customized microwave energy distribution utilizing slotted cage |
US10239260B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-03-26 | Nike, Inc. | Microwave bonding of EVA and rubber items |
US11007681B2 (en) | 2018-09-24 | 2021-05-18 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Microwave applicator with pressurizer for planar material heating |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB630355A (en) * | 1946-10-04 | 1949-10-11 | Westinghouse Electrical Intern | Improvements in or relating to dielectric heating apparatus |
GB639144A (en) * | 1946-06-01 | 1950-06-21 | British Thomson Houston Co Ltd | Improvements in and relating to high frequency electrical heating apparatus |
FR1185010A (en) * | 1957-10-22 | 1959-07-29 | Labo Cent Telecommunicat | Load suitable for transmission lines |
FR2316761A1 (en) * | 1975-07-04 | 1977-01-28 | Olivier Jean | METHOD AND REACTOR FOR SUBMITTING A MATERIAL TO ELECTROMAGNETIC WAVES |
US4067683A (en) * | 1976-06-14 | 1978-01-10 | Frank T. Sullivan, Inc. | Method and apparatus for controlling fluency of high viscosity hydrocarbon fluids |
DE2854173A1 (en) * | 1978-12-15 | 1980-06-26 | Herfurth Gmbh | Plastic wetted filler moulding hardening - in press with high frequency application |
US4307277A (en) * | 1978-08-03 | 1981-12-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Microwave heating oven |
JPS60135230A (en) * | 1983-12-22 | 1985-07-18 | Yamamoto Tekkosho:Kk | Pressure vacuum press |
FR2571201A1 (en) * | 1984-10-02 | 1986-04-04 | Valeo | METHOD FOR HEATING IN THE MASS OF A SUBSTANCE, FOR EXAMPLE VULCANIZATION OR POLYMERIZATION |
EP0233846A2 (en) * | 1986-02-04 | 1987-08-26 | Giovanni A. Coscia | Moulding press for rubber and like products with the curing temperature being obtained by absorption of electromagnetic waves |
FR2632890A1 (en) * | 1988-06-16 | 1989-12-22 | Chausson Usines Sa | PROCESS AND DEVICE FOR FORMING AND POLYMERIZING WORKPIECES IN THERMOSETTING PLASTIC MATERIAL |
-
1990
- 1990-11-28 FR FR9014889A patent/FR2669557B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB639144A (en) * | 1946-06-01 | 1950-06-21 | British Thomson Houston Co Ltd | Improvements in and relating to high frequency electrical heating apparatus |
GB630355A (en) * | 1946-10-04 | 1949-10-11 | Westinghouse Electrical Intern | Improvements in or relating to dielectric heating apparatus |
FR1185010A (en) * | 1957-10-22 | 1959-07-29 | Labo Cent Telecommunicat | Load suitable for transmission lines |
FR2316761A1 (en) * | 1975-07-04 | 1977-01-28 | Olivier Jean | METHOD AND REACTOR FOR SUBMITTING A MATERIAL TO ELECTROMAGNETIC WAVES |
US4067683A (en) * | 1976-06-14 | 1978-01-10 | Frank T. Sullivan, Inc. | Method and apparatus for controlling fluency of high viscosity hydrocarbon fluids |
US4307277A (en) * | 1978-08-03 | 1981-12-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Microwave heating oven |
DE2854173A1 (en) * | 1978-12-15 | 1980-06-26 | Herfurth Gmbh | Plastic wetted filler moulding hardening - in press with high frequency application |
JPS60135230A (en) * | 1983-12-22 | 1985-07-18 | Yamamoto Tekkosho:Kk | Pressure vacuum press |
FR2571201A1 (en) * | 1984-10-02 | 1986-04-04 | Valeo | METHOD FOR HEATING IN THE MASS OF A SUBSTANCE, FOR EXAMPLE VULCANIZATION OR POLYMERIZATION |
EP0233846A2 (en) * | 1986-02-04 | 1987-08-26 | Giovanni A. Coscia | Moulding press for rubber and like products with the curing temperature being obtained by absorption of electromagnetic waves |
FR2632890A1 (en) * | 1988-06-16 | 1989-12-22 | Chausson Usines Sa | PROCESS AND DEVICE FOR FORMING AND POLYMERIZING WORKPIECES IN THERMOSETTING PLASTIC MATERIAL |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 9, no. 297 (M-432)[2020], 25 novembre 1985; & JP-A-60 135 230 (YAMAMOTO TEKKOSHO K.K.) 18-07-1985 * |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0640470A3 (en) * | 1993-08-30 | 1995-07-26 | Sp Reifenwerke Gmbh | Process for manufacturing pneumatic tyres using microwave energy. |
EP0640470A2 (en) * | 1993-08-30 | 1995-03-01 | Sp Reifenwerke Gmbh | Process for manufacturing pneumatic tyres using microwave energy |
US5665298A (en) * | 1994-01-04 | 1997-09-09 | Sp Reinfenwerke Gmbh | Method for the manufacture of pneumatic vehicle tires using microwave energy |
EP0661149A2 (en) * | 1994-01-04 | 1995-07-05 | Sp Reifenwerke Gmbh | Process for manufacturing pneumatic tyres using microwave energy |
EP0661149A3 (en) * | 1994-01-04 | 1995-07-26 | Sp Reifenwerke Gmbh | Process for manufacturing pneumatic tyres using microwave energy |
FR2720971A1 (en) * | 1994-06-08 | 1995-12-15 | Centre Nat Rech Scient | Microwave treatment of material |
US5609891A (en) * | 1994-06-08 | 1997-03-11 | Regie Nationale Des Usines Renault | Method to treat materials by microwave |
EP0687536A1 (en) * | 1994-06-08 | 1995-12-20 | Regie Nationale Des Usines Renault | Device for treating material by micro-waves |
EP0726127A1 (en) * | 1995-02-02 | 1996-08-14 | Hüls Aktiengesellschaft | Moulds for forming latex foam articles using microwave energy |
EP1292437A1 (en) * | 2000-05-04 | 2003-03-19 | Bale Fusion Limited | A method and apparatus for forming an article and an article formed thereby |
EP1292437A4 (en) * | 2000-05-04 | 2004-07-21 | Bale Fusion Ltd | A method and apparatus for forming an article and an article formed thereby |
WO2010076170A3 (en) * | 2008-12-30 | 2010-08-19 | Basf Se | Microwave-assisted setting of shaped ceramic/foam bodies |
EP2974530A4 (en) * | 2013-03-15 | 2017-04-19 | NIKE Innovate C.V. | Microwave treatment of materials |
US9781778B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-10-03 | Nike, Inc. | Customized microwaving energy distribution utilizing slotted wave guides |
US9955536B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-04-24 | Nike, Inc. | Customized microwave energy distribution utilizing slotted cage |
US10239260B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-03-26 | Nike, Inc. | Microwave bonding of EVA and rubber items |
US11007681B2 (en) | 2018-09-24 | 2021-05-18 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Microwave applicator with pressurizer for planar material heating |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2669557B1 (en) | 1993-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FR2669557A1 (en) | Device for homogeneous treatment, using microwaves, of materials under mechanical pressure stress | |
EP2193694A1 (en) | Microwave plasma generating devices and plasma torches | |
FR2473245A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR HEATING USING MICROWAVE-CREATED ENERGY | |
EP0197843B1 (en) | Device to excite a plasma in a gas column using microwaves, especially for the production of an ion laser | |
FR2539035A1 (en) | APPLICATOR FOR PROVIDING HIGH FREQUENCY ENERGY, IN PARTICULAR A LIVING TISSUE, OR FOR EVACUTING IT | |
CA2718322C (en) | Device for applying electromagnetic energy to a reactive medium | |
EP0036362A1 (en) | Apparatus for the thermal treatment of powdery or granular materials | |
EP1216493B1 (en) | Power splitter for plasma device | |
FR2751055A1 (en) | ELECTRIC COOKING OVEN | |
Garcıa-Martın et al. | Transition from diffusive to localized regimes in surface corrugated optical waveguides | |
FR2704358A1 (en) | Waveguide polarisation duplexer | |
FR2609230A1 (en) | STOP STRUCTURE FOR ELECTROMAGNETIC ENERGY IN A MICROWAVE OVEN | |
EP0803477A1 (en) | Process and furnace for homogeneous fusion of vitrifiable material by micro-waves of the oscillating stationary wave type | |
EP0687536A1 (en) | Device for treating material by micro-waves | |
EP1342391B1 (en) | Microwave treatment of objects and single-piece components | |
EP0332505B1 (en) | Microwave oven | |
FR2822337A1 (en) | MICROWAVE HEATING OVEN | |
EP3278090B1 (en) | Device with a low reflection coefficient at input for exposing at least one object to an electromagnetic field | |
EP1016324B1 (en) | Microwave applicator and its application for removing contaminated concrete surface layers | |
Farah et al. | Ultrafast nonlinearities of minibands in metallodielectric Bragg resonators | |
WO2020104757A1 (en) | Microwave reactor for continuous treatment by microwaves of a flowing fluid medium | |
FR3058138A1 (en) | METHOD FOR THERMALLY PROCESSING A PIECE OF MICROWAVE CERAMIC MATERIAL | |
FR2678132A1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING AN ELECTROMAGNETIC RADIATION ABSORBING SCREEN. | |
FR2548507A1 (en) | Microwave applicator, with adjustable energy density, intended for treating at least partly polar objects | |
FR2552864A2 (en) | PROCESS FOR DRYING A LIQUID OR PASTY MIXTURE AND APPARATUS FOR CARRYING OUT SAID METHOD |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ST | Notification of lapse |