Czy każda część pieca do spiekania osiąga tę samą temperaturę?

Czy każda część pieca do spiekania osiąga tę samą temperaturę?

 

 

 

 

Jeśli piec do spiekania zębów jest ustawiony na 1500 stopni, naturalnym jest założenie, że wszystko w komorze również ma temperaturę 1500 stopni.

W rzeczywistości nie jest to takie proste.

Temperatura pokazywana na wyświetlaczu pieca zazwyczaj reprezentuje temperaturę zmierzoną przez układ sterowania pieca w określonym punkcie pomiarowym. Nie musi to koniecznie oznaczać, że w każdej pozycji wewnątrz komory panuje dokładnie ta sama temperatura.

Różnica ta dotyczy spiekania tlenku cyrkonu.

Laboratorium dentystyczne może umieścić kilka uzupełnień w różnych obszarach płyty do syntetyzowania. Jeśli warunki termiczne w całej komorze użytkowej nie są w miarę spójne, uzupełnienia mogą mieć nieco inną historię temperatur podczas tego samego cyklu.

Właśnie dlatego przy ocenie pieca do spiekania zębów warto rozważyć kwestię równomierności temperatury.

Jest to również jedna ze specyfikacji, która może być trudna do zrozumienia na podstawie samego arkusza danych produktu.

Co właściwie oznacza jednorodność temperatury?

Jednorodność temperatury opisuje, jak bardzo temperatura zmienia się w różnych miejscach w określonym obszarze pieca przy danej temperaturze.

Załóżmy na przykład, że piec jest zaprogramowany na 1500 stopni.

Podczas testu temperatury kilka punktów pomiarowych wewnątrz komory może zarejestrować:

Punkt pomiarowy	Zmierzona temperatura
Przód	1499,5 stopnia
Centrum	1500,2 stopnia
Z powrotem	1501,0 stopni
Lewy	1500,4 stopnia
Prawidłowy	1499,8 stopnia

Przez cały czas trwania testu wyświetlacz może nadal pokazywać temperaturę około 1500 stopni.

Jednak rzeczywiste pomiary pokazują, że w komorze nie ma dokładnie tej samej temperatury w każdym punkcie.

Różnica w tym przykładzie jest niewielka, ale istotny jest sposób uzyskania danych.

Należy mierzyć równomierność temperatury w wielu miejscach.

Patrzenie wyłącznie na wyświetlacz pieca nie jest w stanie określić rozkładu temperatur w całej komorze.

Wyświetlacz pieca mierzy określony punkt

Piec do spiekania zwykle wykorzystuje czujnik temperatury, taki jak termopara, jako część swojego układu sterowania.

Sterownik odczytuje temperaturę czujnika i reguluje elementy grzejne zgodnie z zaprogramowanym cyklem.

Na przykład:

Ustawiona temperatura: 1500 stopni

↓

Czujnik temperatury wykrywa aktualną temperaturę

↓

Sterownik reguluje moc grzewczą

↓

Piec zbliża się do temperatury docelowej i ją utrzymuje

Układ ten jest niezbędny do sterowania piecem.

Jednakże czujnik nie jest umiejscowiony w każdym miejscu komory.

Jeśli do kontroli temperatury zostanie użyta jedna termopara, nie będzie ona w stanie bezpośrednio zmierzyć każdego miejsca, w którym można umieścić uzupełnienie z tlenku cyrkonu.

Dlatego istnieje różnica pomiędzy:

Kontrola temperatury

I

Jednolitość temperatury.

Są ze sobą powiązane, ale nie są tym samym.

Dlaczego temperatura nie jest wszędzie taka sama?

Powodów jest kilka.

Pierwszą z nich jest fizyczna konstrukcja pieca.

Elementy grzejne są instalowane w określonych miejscach wokół komory. Ciepło przekazywane jest z tych elementów poprzez promieniowanie i przewodzenie, natomiast konstrukcja komory i izolacja wpływają na sposób rozprowadzania i zatrzymywania ciepła.

Ważna jest także geometria komory.

Mała komora i duża komora nie mają dokładnie takich samych właściwości termicznych.

Rozmieszczenie elementów grzejnych, grubość izolacji, położenie tacy, kształt komory i odległość pomiędzy wsadem a elementami grzejnymi mogą mieć wpływ na rozkład temperatury.

Dlatego samo zwiększenie maksymalnej temperatury pieca nie mówi nam, czy piec ma dobrą równomierność temperatury.

Elementy grzejne mają znaczenie

Piec do spiekania zębów zwykle wykorzystuje elementy grzejne rozmieszczone wokół komory.

Ich położenie i odstępy wpływają na to, jak ciepło dociera do tlenku cyrkonu.

Jeśli jeden obszar otrzymuje więcej bezpośredniego ciepła promieniowania niż inny, rozkład temperatury może nie być identyczny.

Nie oznacza to, że piec z widocznymi elementami grzejnymi w określonym położeniu jest koniecznie źle zaprojektowany.

Należy wziąć pod uwagę cały system cieplny.

Elementy grzejne, izolacja, geometria komory, czujniki temperatury, algorytm sterowania i metoda ładowania współpracują ze sobą.

Z punktu widzenia rozwoju właśnie dlatego testowanie temperatury pieca nie polega po prostu na sprawdzeniu, czy wyświetlacz osiąga 1500 stopni.

Musimy także zrozumieć, co dzieje się w różnych miejscach komory użytkowej.

Co to jest mapowanie temperatury?

Jednym z praktycznych sposobów oceny jednorodności temperatury jest mapowanie temperatury.

Zamiast polegać na jednym czujniku, na określonym obszarze komory rozmieszczonych jest wiele punktów pomiaru temperatury.

Na przykład:

Przód

Centrum

Z powrotem

Lewy

Prawidłowy

Górny obszar

Dolny obszar

Następnie piec zostaje doprowadzony do określonej temperatury i zapisywane są pomiary.

Wyniki można następnie porównać, aby zobaczyć, jak bardzo różni się temperatura pomiędzy punktami pomiarowymi.

Uproszczony przykład może wyglądać następująco:

Temperatura docelowa: 1500 stopni

Najniższy zmierzony punkt: 1498,8 stopnia

Najwyższy zmierzony punkt: 1501,3 stopnia

Różnica pomiędzy dwoma punktami pomiarowymi wynosi:

1501,3 - 1,498.8=2.5 stopnia

Jest to o wiele bardziej pouczające niż zwykłe stwierdzenie:

„Piec osiąga temperaturę 1500 stopni”.

Mówi nam to coś o tym, jak równomiernie rozkłada się temperatura w badanym obszarze.

Prawdziwy przykład z badań

Jednolitość temperatury to nie tylko problem producenta pieca. Jest on również uwzględniany w badaniach nad spiekaniem tlenku cyrkonu nazębnego.

W jednym z badań oceniających zachowanie tlenku cyrkonu podczas spiekania naukowcy wykorzystali piec laboratoryjny z kontrolowanymi warunkami temperaturowymi, aby zbadać, jak różne harmonogramy spiekania wpływają na tlenek cyrkonu.

Badaczy nie interesowało jedynie to, czy piec osiągnie zaprogramowaną temperaturę. Zbadali związek między cyklem termicznym a zmianami w mikrostrukturze tlenku cyrkonu, w tym wielkością ziaren i zachowaniem optycznym.

Na przykład w jednym badaniu porównującym dostępne w handlu tlenki cyrkonu dentystycznego podano wielkość ziaren w zakresie od około 347 nm do 1512 nm w różnych warunkach spiekania.

Ważną kwestią nie jest to, że konkretna temperatura pieca powoduje powstanie określonego rozmiaru ziaren w każdym tlenku cyrkonu.

Liczy się historia termiczna materiału.

Jeśli materiał podlega różnym warunkom temperaturowym, jego zachowanie przy spiekaniu może również ulec zmianie.

Dlatego na uwagę zasługuje kontrola i rozkład temperatury.

Co to oznacza dla laboratorium dentystycznego?

Wyobraź sobie, że laboratorium spieka 30 koron w jednym cyklu.

Niektóre uzupełnienia umieszcza się w pobliżu środka łyżki.

Inne są bliżej krawędzi.

Technik może zasadnie oczekiwać, że wszystkie 30 uzupełnień otrzyma takie same warunki spiekania, ponieważ znajdują się one w tym samym piecu i realizowany jest ten sam program.

W praktyce ich dokładne środowisko termiczne zależy od konstrukcji pieca i sposobu załadunku.

Nie oznacza to, że uzupełnienia umieszczone blisko krawędzi automatycznie zawiodą lub będą miały widoczny problem.

Sprawa jest bardziej podstawowa:

Położenie uzupełnienia wewnątrz pieca może być częścią środowiska termicznego.

Celem dobrze-zaprojektowanego pieca jest utrzymanie wahań temperatury w akceptowalnym zakresie w zamierzonym obszarze załadunku.

Czy ładowanie pieca zmienia równomierność temperatury?

To może.

Piec nie jest zwykle testowany wyłącznie jako pusty pojemnik.

Jeżeli laboratorium korzysta z pieca, może on zawierać:

Tace do spiekania

Korony cyrkonowe

Mosty

Duże ramy

Wiele partii naprawczych

Materiały te posiadają masę termiczną.

Ich obecność zmienia sposób, w jaki ciepło jest absorbowane i rozprowadzane podczas cyklu.

Liczba i rozmieszczenie uzupełnień może zatem wpływać na warunki termiczne panujące wewnątrz komory.

Jest to jeden z powodów, dla których użytkownicy powinni przestrzegać metody ładowania zalecanej przez producenta pieca.

Na przykład, jeśli piec ma trzy tace, warto dowiedzieć się, czy producent przetestował piec z załadowanymi wszystkimi trzema tacami w normalnych warunkach pracy.

Pytanie nie brzmi tylko:

„Ile tac zmieści się w środku?”

Lepszym pytaniem jest:

„Jaki stan obciążenia stosuje się przy ocenie wydajności temperaturowej pieca?”

Czy większy piec ma gorszą równomierność temperatury?

Nie koniecznie.

Jednak większa komora stwarza inny problem związany z konstrukcją termiczną.

Większa komora oznacza, że ​​elementy grzejne muszą rozprowadzać ciepło na większej przestrzeni.

Zwiększa się także odległość pomiędzy różnymi częściami komory.

Oznacza to, że samo zwiększenie rozmiaru pieca nie powoduje automatycznie lepszego lub gorszego rozkładu temperatury.

Rozmieszczenie elementów grzejnych, izolacja, geometria komory, system sterowania i konstrukcja termiczna mają znaczenie.

Jest to szczególnie istotne, gdy laboratoria porównują piece wyłącznie na podstawie pojemności komory.

Na przykład:

Piec A: komora 1 L

Piec B: komora 2 L

Nierozsądnym byłoby wnioskowanie, że piec B musi mieć lepszą lub gorszą równomierność temperatury tylko dlatego, że komora jest dwukrotnie większa.

Rzeczywiste dane mapowania temperatury powiedziałyby nam znacznie więcej.

Dlaczego jednorodność temperatury jest istotna w przypadku tlenku cyrkonu?

Spiekanie tlenku cyrkonu wiąże się z zagęszczeniem i zmianami mikrostrukturalnymi.

Jak omówiono w poprzednich artykułach, materiał przechodzi proces zależny- od temperatury, podczas którego cząstki stają się gęstsze połączone.

Temperatura i czas przetrzymywania wpływają na przebieg tego procesu.

Badania wykazały, że warunki spiekania mogą wpływać na wzrost ziaren tlenku cyrkonu.

Na przykład w badaniu komercyjnego tlenku cyrkonu dentystycznego sprawdzano różne czasy przetrzymywania i stwierdzono mierzalne zmiany w wielkości ziaren w różnych warunkach spiekania.

W innym, nowszym badaniu dotyczącym 4Y-PSZ testowano maksymalne temperatury od 1470 do 1560 stopni i czas utrzymywania od 30 do 180 minut. Naukowcy odkryli, że wyższe temperatury szczytowe i dłuższe czasy przetrzymywania były powiązane ze zwiększonym rozmiarem ziaren w testowanych warunkach.

Zmierzona wielkość ziaren w porównaniu temperatur wzrosła z około 0,481 µm do 0,785 µm w badanym zakresie temperatur.

Liczb tych nie należy interpretować jako uniwersalnej zależności dla wszystkich tlenków cyrkonu.

Różne materiały reagują różnie.

Stanowią jednak użyteczny powód, dla którego warto zwracać uwagę na temperaturę:

Cyrkon reaguje na zmiany w swojej historii termicznej.

Czy różnica 5 stopni ma znaczenie?

W tym miejscu dyskusja wymaga pewnej ostrożności.

Błędem byłoby stwierdzenie:

„Różnica 5 stopni z pewnością spowoduje nieudane odtworzenie.”

Nie ma uniwersalnej różnicy temperatur, przy której uzupełnienie z tlenku cyrkonu nagle staje się nie do przyjęcia.

Rzeczywisty efekt zależy od:

Skład cyrkonu

Temperatura spiekania

Czas trzymania

Szybkość ogrzewania

Rozmiar renowacji

Projekt pieca

Warunki ładowania

Zalecane przez producenta okno przetwarzania

Niewielka różnica temperatury w dobrze-kontrolowanym procesie może mieć niewielki skutek praktyczny.

Ważnym pytaniem jest, czy piec może utrzymać stabilne i wystarczająco jednolite środowisko termiczne dla stosowanego programu tlenku cyrkonu.

Jest to bardziej użyteczny sposób patrzenia na jednorodność temperatury.

Dokładność temperatury i jednolitość temperatury są różne

Te dwa terminy są czasami ze sobą mieszane.

Załóżmy, że piec jest zaprogramowany na 1500 stopni.

Dokładność temperatury

Dotyczy to tego, jak bardzo temperatura zmierzona/kontrolowana odpowiada temperaturze zamierzonej.

Na przykład:

Wartość zadana: 1500 stopni

Zmierzona temperatura kontrolna: 1501 stopni

Różnica wynosi około 1 stopień.

Jednolitość temperatury

Dotyczy to różnicy pomiędzy różnymi lokalizacjami wewnątrz komory.

Na przykład:

Pozycja A: 1498 stopni

Pozycja B: 1500 stopni

Pozycja C: 1502 stopnie

Piec mógłby mieć dobrą kontrolę nad czujnikiem, jednocześnie utrzymując różnicę temperatur pomiędzy lokalizacjami.

To rozróżnienie jest ważne przy czytaniu specyfikacji pieca.

Specyfikacja taka jak:

Dokładność temperatury: ± 1 stopień

nie oznacza automatycznie:

Każde położenie wewnątrz komory wynosi ±1 stopień.

To są inne pomiary.

W jaki sposób kupujący może zapytać o jednolitość temperatury?

Jeśli jesteś laboratorium dentystycznym lub dystrybutorem porównującym piece do spiekania, zadałbym producentowi kilka konkretnych pytań.

1. W jaki sposób testowana jest jednorodność temperatury?

Zapytaj, czy producent stosuje wiele punktów pomiarowych.

2. W jakiej temperaturze jest testowany?

Piec może mieć inne właściwości termiczne w temperaturze 1000 i 1500 stopni.

3. Ile punktów pomiarowych wykorzystuje się?

Większa liczba punktów pomiarowych może zapewnić lepszy obraz rozkładu temperatur wewnątrz komory, chociaż sama metoda badania też ma znaczenie.

4. Czy badanie przeprowadza się przy pustej czy obciążonej komorze?

Jest to ważne dla zrozumienia warunków testowych.

5. Gdzie znajdują się punkty pomiarowe?

Na przykład, czy są one rozmieszczone na obszarze użytkowym tacy?

6. Czy istnieje zapis testu?

Jeśli producent wykonał mapowanie temperatury, prośba o pokazanie danych testowych może być bardziej użyteczna niż zwykłe zapoznanie się z oświadczeniem marketingowym.

O co dystrybutor powinien zapytać producenta?

Dla dystrybutorów staje się to jeszcze ważniejsze, ponieważ możesz porównać kilku producentów, zanim polecisz sprzęt swoim klientom.

Zamiast pytać tylko:

„Jaka jest maksymalna temperatura?”

Możesz zapytać:

„Jaka jest jednorodność temperatury w komorze użytkowej przy temperaturze spiekania tlenku cyrkonu?”

Następnie postępuj zgodnie z:

– Jak to zmierzono?

Te dwa pytania mogą prowadzić do znacznie bardziej znaczącej dyskusji technicznej.

Na przykład, jeśli producent mówi:

„Jednorodność temperatury jest doskonała”.

To stwierdzenie niewiele ci mówi.

Jeśli producent mówi:

„Przeprowadziliśmy-wielopunktowy test temperatury w temperaturze 1500 stopni i zarejestrowaliśmy temperaturę w różnych pozycjach”.

Teraz jest coś, co można zrecenzować.

Należy jeszcze rozważyć rzeczywistą metodę badania i dane, ale można przynajmniej ocenić twierdzenie.

Co tak naprawdę może przetestować producent?

Od strony badawczo-rozwojowej istnieje kilka przydatnych testów.

Mapowanie pustej-komory

Dostarcza to informacji o podstawowym rozkładzie ciepła w komorze bez obciążenia produkcyjnego.

Może być przydatny podczas projektowania i kalibracji pieca.

Załadowane mapowanie

Piec jest testowany ze zdefiniowanym układem tacy lub wsadu.

Jest to bliższe rzeczywistemu zastosowaniu laboratoryjnemu.

Różne temperatury

Piec można testować w temperaturach odpowiednich do jego zamierzonego zastosowania.

W przypadku tlenku cyrkonu-szczególnie istotny jest obszar wysokiej temperatury.

Testowanie powtarzalności

Ten sam test można powtórzyć, aby sprawdzić, czy piec wytwarza podobny rozkład temperatury między cyklami.

Jest to przydatne, ponieważ jeden dobry pomiar niekoniecznie mówi nam, jak piec zachowuje się w czasie.

Dlaczego powtarzalność ma znaczenie

Wyobraź sobie, że piec podczas jednego testu wykazuje dobry rozkład temperatury.

To przydatna informacja.

Ale producent powinien również zadbać o to, czy wynik pozostanie stabilny po wielokrotnych cyklach ogrzewania.

Piece do spiekania pracują wielokrotnie w wysokich temperaturach.

Elementy grzejne starzeją się.

Czujniki mogą zmieniać się z biegiem czasu.

Właściwości izolacji mogą ulec zmianie.

Elementy mechaniczne również mogą ulegać zużyciu.

Dlatego też nie należy ignorować konserwacji i kalibracji.

W przypadku laboratoriów korzystających z pieca na co dzień, stała wydajność w czasie jest bardziej użyteczna niż dobry wynik jednego izolowanego testu.

Czy jednolitość temperatury gwarantuje dobry efekt tlenku cyrkonu?

NIE.

To kolejna kwestia, którą warto wyraźnie podkreślić.

Dobra równomierność temperatury jest jedną z części procesu.

Nie rekompensuje:

Nieprawidłowe ustawienia skurczu tlenku cyrkonu

Nieprawidłowa temperatura spiekania

Zły czas utrzymywania

Nieodpowiedni program-szybkiego spiekania

Nieprawidłowe ładowanie

Słabe frezowanie

Uszkodzona cyrkonia

Niewłaściwy dobór materiału

Odbudowa może nadal powodować problemy, nawet jeśli piec ma dobrą równomierność temperatury.

Spiekanie to proces, na który składa się kilka zmiennych.

Piec jest jedną z części tego procesu.

A co z szybkim spiekaniem?

Szybkie spiekanie sprawia, że ​​równomierność temperatury jest bardziej istotna dla wydajności cieplnej pieca.

Konwencjonalny cykl tlenku cyrkonu może trwać kilka godzin.

Szybki cykl może znacznie skrócić etapy nagrzewania i przetrzymywania.

Kiedy tempo nagrzewania wzrasta, piec musi szybciej reagować na zmiany temperatury.

To sprawia, że ​​ważniejszy jest związek między elementami grzejnymi, czujnikami, oprogramowaniem sterującym, konstrukcją komory i masą termiczną.

Błędem byłoby jednak twierdzenie, że szybkie spiekanie automatycznie wymaga idealnej jednorodności temperatury lub że każdy piec do szybkiego-spiekania będzie dawał inne rezultaty.

Rzeczywisty efekt zależy od materiału tlenku cyrkonu i konstrukcji pieca.

Dlatego też zdolność-szybkiego spiekania należy oceniać w oparciu o zatwierdzone programy materiałów producenta.

Praktyczny przykład z laboratorium

Rozważmy dwa laboratoria.

Laboratorium A codziennie ładuje tę samą liczbę uzupełnień do mniej więcej tych samych pozycji łyżek.

Piec został przetestowany w podobnych warunkach obciążenia, a laboratorium przestrzega cyklu zalecanego przez producenta tlenku cyrkonu.

Proces jest stosunkowo spójny.

Laboratorium B często zmienia marki tlenku cyrkonu, stosuje różne sposoby ładowania i modyfikuje program spiekania, gdy chce skrócić cykl.

Nawet jeśli oba laboratoria korzystają z tego samego modelu pieca, ich wyniki mogą nie być jednakowo spójne.

Ten przykład pokazuje, dlaczego równomierność temperatury jest ważna, ale także dlaczego nie należy na nią patrzeć oddzielnie od reszty przepływu pracy.

Na co chciałbym zwrócić uwagę podczas opracowywania lub oceny pieca do spiekania

Z punktu widzenia rozwoju brałbym pod uwagę więcej niż jedną liczbę.

Chciałbym wiedzieć:

Czy piec może osiągnąć wymaganą temperaturę?

Czy jest w stanie utrzymać tę temperaturę?

Jak zmienia się temperatura w komorze użytkowej?

Czy rozkład pozostaje stabilny pod normalnym obciążeniem?

Czy piec może odtwarzać różne szybkości ogrzewania?

Czy może obsługiwać różne programy tlenku cyrkonu?

Jak zachowuje się piec po powtarzających się cyklach-wysokotemperaturowych?

Te pytania mówią nam znacznie więcej o sprzęcie niż sama temperatura maksymalna.

Przydatna jest wiedza, że ​​piec może osiągnąć temperaturę 1650 stopni.

Jednak wiedza o tym, jak zachowuje się piec podczas utrzymywania temperatury spiekania tlenku cyrkonu przez dłuższy czas, jest bardziej bezpośrednio związana z rzeczywistym zastosowaniem.

Prosty sposób myślenia o jednolitości temperatury

Jeśli dopiero zaczynasz przygodę z piecami do spiekania, istnieje łatwy sposób na zapamiętanie różnicy.

Dokładność temperatury pyta:

„Czy piec osiągnął zamierzoną temperaturę?”

Jednorodność temperatury pyta:

„Czy w różnych obszarach komory użytkowej panują podobne temperatury?”

Stabilność temperatury pyta:

„Czy piec może utrzymać te warunki podczas cyklu?”

To są trzy różne pytania.

Dobra ocena pieca powinna uwzględniać wszystkie trzy.

Finał

Czy każda część pieca do spiekania osiąga dokładnie tę samą temperaturę?

Zwykle tak nie zachowuje się prawdziwy system termiczny.

Pomiędzy różnymi lokalizacjami będą występować pewne różnice temperatur. Ważne jest, czy odchylenie jest kontrolowane i odpowiednie dla zamierzonego procesu spiekania tlenku cyrkonu.

Dla laboratorium oznacza to, że temperatura wyświetlana na panelu sterowania nie powinna być jedyną specyfikacją braną pod uwagę przy wyborze pieca do spiekania.

Dla dystrybutora warto zapytać, w jaki sposób producent mierzy równomierność temperatury i czy dostępne są dane testowe.

Z punktu widzenia rozwoju jednorodność temperatury to coś, co należy zmierzyć, a nie po prostu opisać.

Przydatny test powinien nam powiedzieć:

gdzie mierzono temperaturę, w jakiej temperaturze, w jakich warunkach obciążenia i jaką różnicę stwierdzono pomiędzy punktami pomiarowymi.

Informacje te dają laboratorium znacznie więcej do pracy niż stwierdzenie typu „doskonała jednorodność temperatury”.

W końcu piec do spiekania to nie tylko komora, w której osiąga się wysoką temperaturę.

Jest to system termiczny, który musi wielokrotnie odtwarzać cykl kontrolowanej temperatury.

W przypadku tlenku cyrkonu ta konsystencja ma znaczenie w codziennej pracy laboratoryjnej.