對弱吸收微波物質的輔助性加熱

對弱吸收微波物質的輔助性加熱

　　由于微波具有選擇性加熱的特性，對于某些室溫下介電常數和損耗系數小的物質，即弱吸收微波的物質，微波對它們的加熱效果不顯著，甚至根本不能夠被加熱，從而限制了微波能技術對這些物質的加熱處理，顯示了微波能技術的缺點。但該缺點能夠通過巧妙利用微波和物質的某些特性來加以改進，甚至能使缺點轉化為優點。已有一些研究者報道了解決的方法，現作簡要介紹。

　　輔助性加熱方法之一：添加強吸收微波的物質

 　 根據Ｊ.Ｗ.Ｗalkiewicz等的研究表明，氧化鋁為弱吸收微波的物質。在一定功率下對它用微波加熱４.５ｍｉｎ，溫度僅僅達到７８｀Ｃ。而四氧化三鐵則是強吸收微波的物質，僅用微波加熱２．７５ｍｉｎ，其溫度就高達１２５８｀Ｃ。Ｗ.Ｈ.Ｓｕｔｔｏｎ等把強吸收微波物質四氧化三鐵加入到弱吸收微波物質氧化鋁之中，至使加入了四氧化三鐵的氧化鋁能夠被微波顯著加熱。，當氧化鋁中加入１０％的四氧化三鐵時，微波已經能對該樣品進行加熱了；當氧化鋁中加入了５０％的四氧化三鐵時，該樣品能夠被微波迅速加熱。他們還把

１％－－９０％的強吸收微波物質（如ＮｉＯ，　ＣｒＮ，　Ｆｅ３Ｏ４，ＭｎＯ２，　Ｎｉ２０３、鋁酸鈣等）加入到弱吸收微波物質（如Ａ１２Ｏ３，　ＳｉＯ２－　ＭｇＯ）之中，解決了這些弱吸收微波物質的微波加熱問題。

    Ｍ.Ｌ.Ｌｅｖｉｎｓｏｎ在弱吸收微波的陶瓷材料周圍分別放置了很細的碳粉、鐵礦石、磁鐵礦和射頻鐵氧體粉末，而使微波能夠加熱這些陶瓷材料。他的研究還表明，含鐵高的粘

土容易被微波加熱，而不含鐵的粘土則較難。

 　 由于尼龍的熱傳導性能差,Ｒ.Ａ.Ｐｅｔｅｒｓｏｎ在用微波加熱尼龍時遇到了困難。他的解決方法是，在尼龍上涂上第二種物質，如三甘醇。與尼龍相比較，三甘醇容易吸收微

波，并且到尼龍將發生熱失控效應的溫度時，三甘醇揮發了。開始時，微波主要加熱三甘醇，尼龍在低溫下靠三甘醇的傳熱間接被加熱，到達一定溫度之后，尼龍就可以直接被微波加熱了。在三甘醇揮發之后，尼龍可被加熱至所需要的高溫。按照這個方法，尼龍可以被微波在較寬的溫度范圍內進行加熱。

　　Ｔ.Ｎｉｓｈｔａｎｉ認為，微波加熱受物質內部各種組分的介電損耗因子以及顆粒的電導率的影響。如果物質要被微波加熱至１０００℃的高溫，其電導率至少要大于１０－－ｓ。’，并且顆粒應該直接暴露在物質穿透深度的５一　　１０倍以內。他曾把０．１％　－ｔｏ％的良導電性顆粒（如鋁、碳化硅、硅、鎂、鐵一硅合金、Ｒ一氧化鋁、氧化鉻等）加入到高熔點氧化物的基體中（如氧化鋁、莫來石、蠟石、氧化鎂等），使這些弱吸收微波物質能迅速地被微波加熱。

　　 Ｃ.Ｅ.Ｈｏｌｃｏｍｂｅ把許多導電性能好的粉末（Ｎｂ，ＴａＣ，ＳｉＣ，Ｃｕ，　Ｆｅ）混在硝酸鋁以及硝酸憶之中進行微波加熱，另外，周圍還放置了氧化錯保溫材料。他們認為，微波加熱這些物質分為３個階段。初始階段，微波加熱其周圍的氧化錯保溫材料，氧化錯通過熱傳導把一部分熱傳遞給樣品；在７００｀Ｃ——１０００℃時，第二階段開始，如硝酸鹽以及所加入的顆粒開始直接被微波加熱；第三階段開始時，主要物質Ｍ合微波，被微波迅速加熱，大多數情況下，第三階段的溫度在１０００℃以上。

　　 輔助性方法之二：＂Ｐｉｃｋｅｔ　ｆｅｎｃｅ”法

  　 Ｈ.Ｄ.Ｋｉｍｍｙ和Ｒ．　Ｌ．　Ｓｍｉｔｈ等「３６一３９］采用“Ｐｉｃｋｅｔ　ｆｅｎｃｅ＂法進行微波的輔助性加熱。所加熱燒結的ＺｒＯ２周圍用ＺｒＯ２纖維保溫材料包圍，然后在其周圍布置ＳｉＣ桿；在低溫下，應Ｃ的介電損耗因子比ＺｒＯ：的大（見圖４一５３），因此，ＳｉＣ吸收了大部分微波能，微波對ＳｉＣ的加熱速度比ＺｒＯ２快得多。在溫度低于臨界點ａ之前，ＺｒＯ：主要靠ＳｉＣ的熱傳導進行加熱，當溫度超過臨界點ａ之后，ＺｒＯ：的介電損耗因子突然增加并且超過了除了樣品局部過熱現象，ＺｒＯ２很容易被微波加熱至所需的燒結溫度，并且樣品中沒有出現爆裂現象。

　　 輔助性加熱方法之三：內襯ＳｉＣ的微波吸收器

     美國佛羅里達大學的Ｄ.Ｅ.Ｃlark教授等設計了一種輔助性微波加熱方法，具有ＳｉＣ內襯的微波吸收器放在弱吸收微波的樣品上面。微波單獨加熱２５ｇ,氧化鋁時溫度與時間關系，微波的功率已經增加到５ｋＷ，氧化鋁的內部溫度仍不超過５００；，因此，對從０３的微波加熱需采用輔助性加熱。

　　 具有內襯ＳｉＣ的微波吸收器時，微波對８g氧化鋁的加熱溫度與時間關系，可看出，當微波開始加熱時，ＳｉＣ內襯迅速被加熱，然后再把能量輻射傳遞到氧化鋁的表面，氧化鋁的表面也迅速被加熱，熱量通過熱傳導進入氧化鋁的內部，該過程的溫度持續至８００℃以上之后，氧化鋁開始容易吸收微波氧化鋁內部迅速被微波加熱，同時，氧化鋁的表面仍然接受內襯ＳｉＣ的微波吸收器的熱量，該熱量同樣也傳導至氧化鋁內部，這樣，氧化鋁內部受到了雙重熱源的加熱，至使內部溫度高于表面溫度。另外，熱量也通過表面擴散到周圍環境以及樣品下面的耐火磚之中而損失。

　　 輔助性加熱方法之四：Ｍ.Ｃ.Ｌ.Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ等發明了一種加熱燒結Ｓｉ３Ｎ；的輔助方法。

 　　他們把９０根由Ｓｉ３　Ｎ；組成的刀具有規則地插在氧化鋁竭之中，鉗鍋里填滿了ＳｉＣ，　ＢＮ和Ｓｉ３　Ｎ；的混合物（（４０％ＳｉＣ，　３０％ＢＮ，　３０　％　Ｓｉ３Ｎ４　），這些粉末用來支撐刀具之外，還具有其他的功能，例如，微波加熱初始階段，可作為微波能的吸收物，還可防止Ｓｉ３Ｎ；與周圍環境起反應，以及阻止高溫過程中溫度的降低等。９０個Ｓｉ３Ｎ；刀具通過使用傳導環并仔細控制電場類型而被均勻的加熱。其他保溫材料放在增Ａ周圍。傳導環用來最低限度地減少熱損失并維持增璃內能夠進行均勻加熱。

　　　輔助性加熱方法之五：對單模腔體采用可調微波禍合窗中國科學院上海硅酸鹽研究所的施劍林、田永責等在單模腔體中采用可調微波藕合窗，并調整微波輸人功率，短路活塞等，以保持腔體諧振和最佳Ａ合條件，從而保持樣品以一定的速度升溫，并達到穩定的最終溫度。