使用红外辐射均匀加热玻璃和/或 玻璃陶瓷的方法和装置 本发明涉及使用红外辐射均匀加热半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷的方法，其中在20-3000℃的温度范围内对玻璃和/或玻璃陶瓷进行热处理，以及均匀加热半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷的装置。
为了调节半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷的某些材料特性，例如大多数情况下是在退火点(粘度η＝1014.5dPas)以下的温度下加热，使之陶瓷化。在成型过程中，尤其是在加热后处理过程中，将半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷加热至加工点(粘度η＝1014dPas)或以上。一般情况下在退火点以下，视玻璃种类而定在282-790℃之间，而通常加工点是至1705℃。
迄今为止，在现有技术中理想的方式是例如表面加热半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷，使之陶瓷化。表面加热方法的特点是向需加热的物体表面和/或表面附近层施加热源总热效率的至少50％热量。
如果辐射源是黑色或灰色的并且具有1500K的着色温度，那么在2.7微米以上的波长范围内热源辐射总辐射功率的51％。如果使着色温度低于1500K，例如通常是用电阻加热元件加热，那么在2.7微米以上处还要大大高于51％的辐射功率。
因为大部分的玻璃在该波长范围内具有吸收端，所以表面或表面附近层吸收的辐射达辐射功率地50％或50％以上。因此可引入表面加热概念。另一种可能性是用煤气火焰加热玻璃和玻璃陶瓷，其中，通常的火焰温度达1000℃。这种加热大部分是靠加热气体在玻璃或玻璃陶瓷的表面上直接传递热能而进行的，以致于在这种情况下是以表面加热为主。
通常，对于上述表面加热，是加热位于面对热源的玻璃或玻璃陶瓷的表面和/或表面附近层。玻璃体和/或玻璃陶瓷体的其它部位是通过玻璃或玻璃陶瓷内部的热传导加热的。
因为玻璃和/或玻璃陶瓷的热导率一般很低，在1W/(mK)范围内，所以为了少量地保持玻璃和/或玻璃陶瓷内的应力，必须总是缓慢地加热物质密度提高的玻璃和/或玻璃陶瓷。
已知体系的另一个缺点是为了均匀地加热表面，必须用加热元件完全覆盖玻璃或玻璃陶瓷的表面。
因此，传统的加热方法存在着局限性。例如优选采用由铬铝钴金属丝(Kanthaldrahten)的电阻加热，例如在1000℃时可使壁的最大负荷仅达到60kW/m2，而全面的黑色辐射器在同一温度下辐射的功率密度可达到149kW/m2。
在加热元件致密的填充物中，与较高壁负荷相提并论的是依靠本身相互加热，结果因产生的蓄热过分而缩短了加热元件的使用寿命。
假如不能或不能充分均匀地加热玻璃或玻璃陶瓷，那么必然导致加工过程和/或产品质量的不均匀。例如在加工进程中在玻璃陶瓷的陶瓷化过程中导致玻璃陶瓷的弯曲或撕裂的非正规性。
DE4202944C2公开了一种方法和装置，包括利用红外辐射器快速加热厚度在2500纳米以上的具有高吸收性的材料。为了使从红外辐射器辐射出的热量能迅速传递到材料中，DE4202944C2推荐使用一种辐射转换器，由该辐射转换器辐射出一定波长的二次辐射，与一次辐射相比辐射移向长波区。
US-A-3620706描述了一种使用短波红外辐射器深度均匀加热透明玻璃的方法。根据US-A-3620706的方法，包括所使用的辐射在玻璃中的吸收长度要比需加热玻璃物体要大很多，致使大部分入射的辐射线穿过玻璃并且在玻璃体的各点的单位体积的吸收能几乎相同。但是这种方法存在的缺点是不能保证均匀地辐射玻璃物体的整个表面，造成需加热的玻璃上形成红外辐射源的强度分布。此外，在该方法中，只利用了所用电能的一小部分加热玻璃。
因此，本发明的目的是提供一种均匀加热半透明和/或透明玻璃和/或玻璃陶瓷的方法和装置，并克服了上述的缺点。
本发明的目的是通过如下方法实现的，以概括方法而言，包括通过直接作用在玻璃和/或玻璃陶瓷上的红外辐射部分(Anteil)以及间接作用在玻璃和/或玻璃陶瓷上的红外辐射部分加热半透明和/或透明的玻璃和/或玻璃陶瓷，其中间接作用在玻璃或玻璃陶瓷上的辐射部分高于总辐射功率的50％，优选高于60％，更优选高于70％，特别优选高于80％，最优选高于90％，最最优选高于98％。
优选地是，红外辐射时短波红外辐射具有的着色温度高于1500K，优选高于2000K，更优选高于2400K，特别优选高于2700K，最优选高于3000K。
在本发明的第一实施方案中，间接作用到玻璃和/或玻璃陶瓷上的红外辐射至少包括反射和/或散射部分，尤其是漫射的散射辐射。有利地是，在一次入射时不被玻璃或玻璃陶瓷吸收，即反射、散射或透过的短波红外辐射部分具有平均高于50％的由红外辐射器辐射的总辐射功率。
如果缓慢冷却或快速加热的话，那么在本发明的一个优选的实施方案中，方法是在一个被环绕的室优选是红外辐射空腔内进行的。在该方法一个特别优选的实施方案中，反射和/或散射至少部分由壁面、底面和/或顶面反射和/或散射的红外辐射。例如US-A-4789771以及EP-A-0133847示出了红外辐射空腔，其公开的内容全部列入本申请中。由部分壁面、底面和/或顶面反射和/或散射的红外辐射部分按表面上入射的辐射计优选高于50％。
特别优选地是，由部分壁面、底面和/或顶面反射和/或散射的红外辐射部分高于90％，优选95％，特别优选高于98％。
应用红外辐射空腔的一个突出的优点是在使用极强的反射或反向散射壁、底部和/或顶部材料时，涉及到一个具有较高Q值的谐振器，这种器件的损耗低，因此确保了较高的能量利用率。
在本发明另一实施方案中，间接作用到玻璃和/或玻璃陶瓷上的红外辐射包括被载体吸收转变成热并传递到与载体热结合的玻璃和/或玻璃陶瓷上的红外辐射部分。
在该方案的第一种方式中，使用陶瓷板作为载体。
特别优选地是，载体是具有尽可能高的发射率的高热导载体，优选由片状的SiSiC构成。
特别优选地是，在热处理温度范围内的载体的热导率至少是需处理玻璃或玻璃陶瓷热导率的5倍。
除了方法外，本发明还提供了一种实施该方法的装置。本发明装置的特点是提供一种引起间接作用到玻璃和/或玻璃陶瓷上的红外辐射的手段，按这样的方式设置和提供，使得间接作用到玻璃和/或玻璃陶瓷上的辐射部分高于总辐射效率的50％。
在本发明的第一个实施方案中，引起间接作用到玻璃和/或玻璃陶瓷上的红外辐射手段包括红外反射器和/或反射或散射红外辐射的漫射器。
发现例如采用诸如厚度为30毫米的磨光的铝基轴承合金板(Quarzal)作为漫射反向散射材料。
其它的红外反射或反向散射辐射材料也是适用的，例如一种或多种下列材料：
Al2O3；BaF2；BaTiO3；CaF2；CaTiO3；
MgO；3.5Al2O3；MgO，SrF2；SiO2；
SrTiO3；TiO2；尖晶石；堇青石；堇青石-烧结玻璃陶瓷
如果要实现快速加热或缓慢冷却，则优先是将装置安装在环绕室内，尤其是红外辐射空腔内。
在本发明一个特别优选的实施方案中，反射器和/或漫射器包括环绕室，尤其是红外辐射空腔的壁面、底面和/或顶面。
漫射器的一种方式是散射片。
特别优选地是，反射器或漫射器是这样安装的，使得高于50％入射到表面上的辐射被反射或散射。
在另一实施方案中，提供了引起间接辐射的手段，包括与需加热的玻璃和/或玻璃陶瓷热接触并吸收间接红外辐射部分的载体。
特别优选地，载体是陶瓷板，优选由SiSiC构成，并且载体的发射率大于0.5。SiSiC具有较高的热导率和较低的空隙率以及较低的与玻璃粘合的倾向。较低的孔隙率导致孔内仅聚集少量的不希望有的颗粒。因此，SiSiC特别适合于制成与玻璃间接接触的载体。
在一个特别优选的实施方案中，载体的热导率在热处理温度的范围内至少比需处理玻璃或玻璃陶瓷的热导率大5倍。
下面借助于附图和实施例描述本发明。
图1是厚度为1厘米的典型需加热玻璃的透射过程。
图2是温度在2400K下所使用的红外辐射器的普郎克曲线。
图3A是带有辐射空腔的加热装置的基本结构。
图3B是在靠近红外波长范围内漫反射度＞95％的der Morgan Matroc，Troisdorf的Al2O3 Sintox Al，在整个波长上的漫反射曲线。
图4是环绕了漫射器和反射器的加热装置中玻璃的加热曲线。
图5是配有吸收载体的装置中玻璃的加热曲线。
图1示出了用作本发明对比试验的玻璃在整个波长上的透射曲线。玻璃的厚度为10毫米。显而易见，在2.7微米处有典型的吸收端，整个玻璃或玻璃陶瓷是不透明的，致使全部入射的辐射被表面和/或表面附近层吸收。
图2示出了优选的使用所得红外辐射源的强度分布。使用的所得红外辐射器是线性卤素红外石英管辐射器，在230V的电压下具有的额定功率为2000W，着色温度为2400K。该红外辐射器在1210纳米的波长处在其最大辐射值下具有相应的维恩(Wienschen)位移定律。
红外辐射源的强度分布是相应地由温度在2400K下的黑色物体的普郎克函数获得的。因此，其结果是辐射了额定强度，即在500-5000纳米的波长范围内辐射了高于5％的最大辐射，并且在整个1210纳米的波长范围内总共占总辐射效率的约75％消失了。
在本发明的第一个实施方案中，仅加热了退火工件，而周围的环境保持冷却状态。在退火工件上消失的辐射通过反射器或漫射散射器或漫射反向散射器转向退火工件。在这种情况下，具有较高功率密度和优选的金属反射器是水冷反射器，否则反射器材料将失去光泽。对铝来说尤其存在这种危险，由于铝在短波红外范围内具有良好的反射特性，因而一般用于辐射功率特别大的辐射器。另外，可用漫射反向散射的陶瓷漫射器或部分反射和部分反向散射的玻璃化陶瓷反射器例如Al2O3代替金属反射器。
如果在加热后无需进行缓慢冷却的话，那么仅加热退火工件的结构是实用的，所述的冷却无需隔离室，仅需要固定的后加热并且仅需要极大的费用和具有可接受的温度均匀性。
而这种结构的优点是使退火构件易于有通用性，例如一种抓具，这特别是在热成型时是很有利的。
在另一实施方案中，加热设备和退火工件被置于配备红外辐射器的红外辐射空腔中。预先确定，石英玻璃辐射器本身是足以耐温度变化的或被冷却的。石英玻璃管达到约1100℃时仍可使用。石英玻璃管最好很长，足以形成螺旋线灯丝并且由加热区发射，致使在冷却区域中连接，以使电性连接而不会发生过加热。石英玻璃管可以有涂层或没有涂层。
图3A示出了可以实施本发明方法的配有红外辐射空腔的本发明加热装置的一个实施方案，但本发明的装置并不局限于此。
图3A所示的加热装置包括多个位于由强反射或漫射反向散射的材料构成的反射器3下面的红外辐射器1。通过反射器3加热需加热玻璃和/或玻璃陶瓷5的上面。由红外辐射器产生的红外辐射透过该波长范围内普遍透明的玻璃和/或玻璃陶瓷5并辐射到由强反射和/或强散射材料构成的载板7上。对此，特别合适的是铝基轴承合金，它也能反散射红外区中约90％的辐射。对此，发现另外可使用高纯烧结的Al2O3，这种材料在足够高的厚度下具有的反向散射度即漫反射度约为98％。借助于铝基轴承合金带(Streifen)或Al2O3带9把玻璃和/或玻璃陶瓷5放置在载板7上。玻璃和/或玻璃陶瓷底侧的温度可通过载板中的孔11借助于未示出的高温计测定。
壁10可与反射器3一起作为顶部，而载板7与反射材料例如铝基轴承合金或Al2O3一起作为相应布置的底部，形成一个较大工件的红外辐射空腔。
图4示出了根据本发明方法的硼硅酸盐玻璃的加热曲线，其中玻璃试样的尺寸为约100毫米，厚3毫米。
加热方法或热处理是按下列方式进行的：
根据图3A，先在一个用铝基轴承合金包围的红外辐射空腔中加热玻璃试样，其顶部由铝反射器和位于其下方的红外辐射器构成。玻璃试样和/或玻璃陶瓷试样以合适的种类和方式存放在铝基轴承合金上。
在红外辐射空腔中，通过多个卤素红外辐射器直接辐照玻璃或玻璃陶瓷，红外辐射器距玻璃或玻璃陶瓷的距离在10-150毫米的范围内。
从现在起，借助于通过可控硅调节器控制红外辐射器根据吸收、反射和散射过程加热玻璃或玻璃陶瓷，下面将详细描述。
因为所使用的短波红外辐射在玻璃或玻璃陶瓷中的吸收长度要比需加热的目的物大很多，所以大部分入射的辐射透过试样。因为另一方面，在玻璃或玻璃陶瓷体的各个点的单位体积的吸收能几乎是相同的，所以实现了整体的均匀加热。在根据图4的方法中，红外辐射器和需加热的玻璃被置于一个空腔中，其空腔的壁和/或顶部和/或底部由表面具有较高反射度或较高反向散射能力的材料构成，此时至少部分壁面、底面和/或顶面漫射反向散射大部分的入射辐射。以这样的方式可以实现将首先透过玻璃或玻璃陶瓷的大部分辐射在反射或散射到壁、顶和/或底部后重新辐射到需加热的目的物上并再次被部分吸收。也可按同样的方式继续进行第二轮透过玻璃或玻璃陶瓷的辐射。用该方法不仅可以深度均匀地加热，而且所利用的能量明显高于仅一次通过玻璃或玻璃陶瓷时的能量。此外，对这里描述的方法，特别优选地是至少部分壁面、底面和/或顶面先不直接定向反射入射的辐射，而且进行漫射反向散射。由此实现所有方向的辐射并尽可能以全方位的角度辐射到玻璃或玻璃陶瓷上，以便同时均匀加热整个表面，而在需加热的目的物上又不形成迄今为止现有技术中存在的辐射源的强度分布。
图5示出了按照本发明另一方法用吸收的载体的玻璃加热曲线。玻璃的直径为100毫米，厚度为10毫米。
下面描述加热过程：
首先在辐射空腔外将玻璃试样置于由SiSiC构成厚度为5毫米的载体上。接着将由SiSiC构成的载体置于一个用铝基轴承合金包围的红外辐射空腔中。
接着，用多个卤素红外辐射器直接辐照具有一种或对应的玻璃或玻璃陶瓷几何形状的玻璃或玻璃陶瓷，所述的红外辐射器位于距离玻璃或玻璃陶瓷距离10-150毫米的反射器中。
从现在起，通过可控硅调节器控制红外辐射器和结合直接和间接的加热来加热玻璃或玻璃陶瓷。
受到玻璃或玻璃陶瓷的透明度的限制，辐射效率的大部分透过玻璃或玻璃陶瓷直接辐射到载体上。黑色的SiSiC载体几乎吸收了全部的辐射并根据其高热导率以热的形式快速和均匀地分布在整个载体的表面上。现在，载体的热量均匀地传递给玻璃或玻璃陶瓷，加热玻璃或玻璃陶瓷的底侧。这一过程表示了本发明方法中的间接加热部分。
加热的直接贡献分两个部分。第一部分产生了这样的结果，即在透明范围之外的所有波长范围内，玻璃或玻璃陶瓷是不透明的，因此辐射仅能加热表面和/或表面附近层。直接加热的第二个贡献是提供少部分被吸收的辐射，其波长在玻璃或玻璃陶瓷弱吸收的范围内。这一部分用于深层加热玻璃或玻璃陶瓷。
但是，大部分的红外辐射透过玻璃并间接加热到载体上。对于该方法，玻璃的整个表面上具有较高的温度均匀性，因而避免了象现有技术中存在的辐射源的投射。
根据本发明，在图4和5描述的两种方法中，间接加热玻璃或玻璃陶瓷的部分高于50％。
本发明首次提供了加热或维持加热或专门加热玻璃或玻璃陶瓷的方法和装置，确保了均匀地加热，能量利用率高以及避免了向需加热的目的物投射辐射源。该方法和装置能在许多领域中应用。下面列举的本发明方法的用途仅是一些示例，而不是对其的限制。--在陶瓷化期间温度均匀地加热玻璃陶瓷毛坯--对于后续的热成型，快速地再加热玻璃毛坯--在拉丝温度下均匀加热纤维束--在熔融混合料期间的保持加热和专门加热--熔融和澄清玻璃和/或玻璃陶瓷--在成型，尤其是拉丝、轧制、浇铸、滑动、压制、吹-吹法中的吹制、压-吹法中的吹制、生产浮法玻璃时玻璃带成型法中的吹制以及浮法板玻璃制备-在冷却、熔融、热固化、稳定化和/或精密退火以调节要求的设定温度、在接着进行的热处理期间要求的折射率、要求的密实化、温度计玻璃的老化、分离、钢化玻璃的着色、陶瓷化的控制、漫射处理，尤其是化学固化、变形，尤其是沉降、弯曲、拉制、吹制；分离，尤其是熔融、断裂、折叠(Schranken)、爆破(Sprengen)；切割、接合以及涂覆时的保持加热或专门加热。