微波辅助加热技术的应用及现状段碧林曾令可刘平安税安泽王慧张海文(华南理工大学材料学院广州510640)摘要微波辅助加热是一种比微波加热更有优势、应用更广的新型加热技术,它解决了微波加热带来的一系列问题;笔者简要介绍了微波辅助加热的基本原理、特点以及目前的设备,分析了微波辅助加热存在的不足及一些建议。关键词微波辅助加热陶瓷烧结温度梯度吸波TheApplicationandStatusofMicrowave-assistedFiringTechnologyDuanBilin,ZengLingke,LiuPingan,ShuiAnze,WangHui,ZhangHaiwen(CollegeofMaterialsScienceandEngineerang,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,510640)Abstract:Microwave-assistedfiring,whichwillbeusedmorewidelyandevenmorepreferablethanonlymicrowacefiringtechnology,isanoveltechnology.Ithassolvedaseriesoftroublesbroughtbymicrowave-onlyfiring.Thebasictheories,technologicalcharactersticandpresentequipmentsofmicrowave-assistedfiringweresimplyintroducedinthispaper.Andtheshortcomingsofmicrowave-assistedfiringwereanalysed,too.Thensomeadviceswereputforward,too.Keywords:Microwave-assistedfiring;Ceramicssintering;Temperaturegradient;Absordmicrowaveenergy前言所谓微波通常是指频率在300MHz到300GHz的电磁波,即波长范围从1m到1�[1],介于无线电波和红外线之间。人们最早利用微波,就是其在通讯领域的作用,而在非通讯领域中的应用却比较晚,微波加热干燥起始于40年代,在60年代[2]得到迅速发展,微波加热技术最初主要应用于低温,逐渐人们将微波加热从低温推广到高温领域,试图利用微波能高温加热或烧结陶瓷材料,从而产生了微波烧结技术。最早利用微波烧结技术则是在60年代末,由WRTinga[3]等做的陶瓷材料用微波烧结的探索和实验并取得了成功。到70年代中期,由法国的Berteaud和Badot[4]首先对微波烧结技术做了一系列相关的研究并取得了一定的成果和进展,而首先报道微波辅助合成技术的是在1986年[5～6]。通过近十几年的研究与发展,微波合成技术的利用已经取得了长足的进展,特别在国外,已经成功烧结和合成出各种有机材料、无机材料、金属材料以及复合材料,如La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O2.815[7],β′-SiAlON2[8],MgΠAl2O3复合材料[9],Ni0.8Zn0.2Fe2O4[10],MWO4[11]等,并且一些已经实现了工业化生产,如英国的EATechnology[12]公司制造了微波辅助烧结隧道窑,每天有15t产品的生产能力。在国内,开展这项工作的非常少,只有中国科学院上海陶瓷研究所的Ying-JieZhu[13]等利用微波辅助技术制备了棒状和线状的单晶纳米碲。因此在我国利用微波辅助加热技术具有非常大的研究潜力和应用前景。1微波加热原理及微波辅助加热的特点1.1微波加热原理微波加热与传统加热方式不同,传统加热是从物质外部开始加热,通过物质的热辐射、热对流和热传导,把热量传到内部;而微波加热正好相反,它是从物质内部开始加热,再由内部传到外部。微波与物质相互作用,会产生反射、吸收和穿透现象,这取决于材料本身的几个主要特性:介电常数ε′、介电损耗因子ε″、比热、形状和含水量的大小等。因此不是所有的物质都能与微波能产生热效应,一般物质·11·2005.No.12陶瓷按其微波作用效果大致可以分为3类,如表1所示。这就是微波对物质加热的选择性效应,理论上说,只有极性分子(偶极子)才能被微波极化而产生热效应。而对于吸波物质来说,介质吸收的微波功率Pa与该处的电场强度E和频率f有关:Pa=2πε0ε′wtgδE2f(1)其中常数ε0=8.85×10-12A·sΠV·m,ε′为介质的“介电常数”,它是表征介质极化程度的参量,tgδ为介质的“损耗正切”,它是表征介质损耗的参量。微波对介质的穿透性(穿透深度用D表示)直接影响到微波加热的均匀性,穿透深度D可表示为:D=λπε′tgδ(2)其中λ为微波波长,由(2)表明,一般吸收性介质的穿透深度大致和波长为同一数量级。以915MHz(λ=33�)和2.45GHz(λ=12.2�)的常用微波加热频率而言,通常吸收性介质的D值为几十厘米到几厘米,故除特大物体外,一般可以做到表里一致均匀加热。1.2微波辅助加热的特点综上所述,利用微波对介质加热特别是高温烧结,与传统烧结技...
