对弱吸收微波物质的辅助性加热

对弱吸收微波物质的辅助性加热

　　由于微波具有选择性加热的特性，对于某些室温下介电常数和损耗系数小的物质，即弱吸收微波的物质，微波对它们的加热效果不显著，甚至根本不能够被加热，从而限制了微波能技术对这些物质的加热处理，显示了微波能技术的缺点。但该缺点能够通过巧妙利用微波和物质的某些特性来加以改进，甚至能使缺点转化为优点。已有一些研究者报道了解决的方法，现作简要介绍。

　　辅助性加热方法之一：添加强吸收微波的物质

 　 根据Ｊ.Ｗ.Ｗalkiewicz等的研究表明，氧化铝为弱吸收微波的物质。在一定功率下对它用微波加热４.５ｍｉｎ，温度仅仅达到７８｀Ｃ。而四氧化三铁则是强吸收微波的物质，仅用微波加热２．７５ｍｉｎ，其温度就高达１２５８｀Ｃ。Ｗ.Ｈ.Ｓｕｔｔｏｎ等把强吸收微波物质四氧化三铁加入到弱吸收微波物质氧化铝之中，至使加入了四氧化三铁的氧化铝能够被微波显著加热。，当氧化铝中加入１０％的四氧化三铁时，微波已经能对该样品进行加热了；当氧化铝中加入了５０％的四氧化三铁时，该样品能够被微波迅速加热。他们还把

１％－－９０％的强吸收微波物质（如ＮｉＯ，　ＣｒＮ，　Ｆｅ３Ｏ４，ＭｎＯ２，　Ｎｉ２０３、铝酸钙等）加入到弱吸收微波物质（如Ａ１２Ｏ３，　ＳｉＯ２－　ＭｇＯ）之中，解决了这些弱吸收微波物质的微波加热问题。

    Ｍ.Ｌ.Ｌｅｖｉｎｓｏｎ在弱吸收微波的陶瓷材料周围分别放置了很细的碳粉、铁矿石、磁铁矿和射频铁氧体粉末，而使微波能够加热这些陶瓷材料。他的研究还表明，含铁高的粘

土容易被微波加热，而不含铁的粘土则较难。

 　 由于尼龙的热传导性能差,Ｒ.Ａ.Ｐｅｔｅｒｓｏｎ在用微波加热尼龙时遇到了困难。他的解决方法是，在尼龙上涂上第二种物质，如三甘醇。与尼龙相比较，三甘醇容易吸收微

波，并且到尼龙将发生热失控效应的温度时，三甘醇挥发了。开始时，微波主要加热三甘醇，尼龙在低温下靠三甘醇的传热间接被加热，到达一定温度之后，尼龙就可以直接被微波加热了。在三甘醇挥发之后，尼龙可被加热至所需要的高温。按照这个方法，尼龙可以被微波在较宽的温度范围内进行加热。

　　Ｔ.Ｎｉｓｈｔａｎｉ认为，微波加热受物质内部各种组分的介电损耗因子以及颗粒的电导率的影响。如果物质要被微波加热至１０００℃的高温，其电导率至少要大于１０－－ｓ。’，并且颗粒应该直接暴露在物质穿透深度的５一　　１０倍以内。他曾把０．１％　－ｔｏ％的良导电性颗粒（如铝、碳化硅、硅、镁、铁一硅合金、Ｒ一氧化铝、氧化铬等）加入到高熔点氧化物的基体中（如氧化铝、莫来石、蜡石、氧化镁等），使这些弱吸收微波物质能迅速地被微波加热。

　　 Ｃ.Ｅ.Ｈｏｌｃｏｍｂｅ把许多导电性能好的粉末（Ｎｂ，ＴａＣ，ＳｉＣ，Ｃｕ，　Ｆｅ）混在硝酸铝以及硝酸忆之中进行微波加热，另外，周围还放置了氧化错保温材料。他们认为，微波加热这些物质分为３个阶段。初始阶段，微波加热其周围的氧化错保温材料，氧化错通过热传导把一部分热传递给样品；在７００｀Ｃ——１０００℃时，第二阶段开始，如硝酸盐以及所加入的颗粒开始直接被微波加热；第三阶段开始时，主要物质Ｍ合微波，被微波迅速加热，大多数情况下，第三阶段的温度在１０００℃以上。

　　 辅助性方法之二：＂Ｐｉｃｋｅｔ　ｆｅｎｃｅ”法

  　 Ｈ.Ｄ.Ｋｉｍｍｙ和Ｒ．　Ｌ．　Ｓｍｉｔｈ等「３６一３９］采用“Ｐｉｃｋｅｔ　ｆｅｎｃｅ＂法进行微波的辅助性加热。所加热烧结的ＺｒＯ２周围用ＺｒＯ２纤维保温材料包围，然后在其周围布置ＳｉＣ杆；在低温下，应Ｃ的介电损耗因子比ＺｒＯ：的大（见图４一５３），因此，ＳｉＣ吸收了大部分微波能，微波对ＳｉＣ的加热速度比ＺｒＯ２快得多。在温度低于临界点ａ之前，ＺｒＯ：主要靠ＳｉＣ的热传导进行加热，当温度超过临界点ａ之后，ＺｒＯ：的介电损耗因子突然增加并且超过了除了样品局部过热现象，ＺｒＯ２很容易被微波加热至所需的烧结温度，并且样品中没有出现爆裂现象。

　　 辅助性加热方法之三：内衬ＳｉＣ的微波吸收器

     美国佛罗里达大学的Ｄ.Ｅ.Ｃlark教授等设计了一种辅助性微波加热方法，具有ＳｉＣ内衬的微波吸收器放在弱吸收微波的样品上面。微波单独加热２５ｇ,氧化铝时温度与时间关系，微波的功率已经增加到５ｋＷ，氧化铝的内部温度仍不超过５００；，因此，对从０３的微波加热需采用辅助性加热。

　　 具有内衬ＳｉＣ的微波吸收器时，微波对８g氧化铝的加热温度与时间关系，可看出，当微波开始加热时，ＳｉＣ内衬迅速被加热，然后再把能量辐射传递到氧化铝的表面，氧化铝的表面也迅速被加热，热量通过热传导进入氧化铝的内部，该过程的温度持续至８００℃以上之后，氧化铝开始容易吸收微波氧化铝内部迅速被微波加热，同时，氧化铝的表面仍然接受内衬ＳｉＣ的微波吸收器的热量，该热量同样也传导至氧化铝内部，这样，氧化铝内部受到了双重热源的加热，至使内部温度高于表面温度。另外，热量也通过表面扩散到周围环境以及样品下面的耐火砖之中而损失。

　　 辅助性加热方法之四：Ｍ.Ｃ.Ｌ.Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ等发明了一种加热烧结Ｓｉ３Ｎ；的辅助方法。

 　　他们把９０根由Ｓｉ３　Ｎ；组成的刀具有规则地插在氧化铝竭之中，钳锅里填满了ＳｉＣ，　ＢＮ和Ｓｉ３　Ｎ；的混合物（（４０％ＳｉＣ，　３０％ＢＮ，　３０　％　Ｓｉ３Ｎ４　），这些粉末用来支撑刀具之外，还具有其他的功能，例如，微波加热初始阶段，可作为微波能的吸收物，还可防止Ｓｉ３Ｎ；与周围环境起反应，以及阻止高温过程中温度的降低等。９０个Ｓｉ３Ｎ；刀具通过使用传导环并仔细控制电场类型而被均匀的加热。其他保温材料放在增Ａ周围。传导环用来最低限度地减少热损失并维持增璃内能够进行均匀加热。

　　　辅助性加热方法之五：对单模腔体采用可调微波祸合窗中国科学院上海硅酸盐研究所的施剑林、田永责等在单模腔体中采用可调微波藕合窗，并调整微波输人功率，短路活塞等，以保持腔体谐振和最佳Ａ合条件，从而保持样品以一定的速度升温，并达到稳定的最终温度。