對弱吸收微波物質(zhì)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(shù)和損耗系數(shù)小的物質(zhì)，即弱吸收微波的物質(zhì)，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(shù)對這些物質(zhì)的加熱處理，顯示了微波能技術(shù)的缺點(diǎn)。但該缺點(diǎn)能夠通過巧妙利用微波和物質(zhì)的某些特性來加以改進(jìn)，甚至能使缺點(diǎn)轉(zhuǎn)化為優(yōu)點(diǎn)。已有一些研究者報道了解決的方法，現(xiàn)作簡要介紹。

　　輔助性加熱方法之一：添加強(qiáng)吸收微波的物質(zhì)

 　 根據(jù)Ｊ.Ｗ.Ｗalkiewicz等的研究表明，氧化鋁為弱吸收微波的物質(zhì)。在一定功率下對它用微波加熱４.５ｍｉｎ，溫度僅僅達(dá)到７８｀Ｃ。而四氧化三鐵則是強(qiáng)吸收微波的物質(zhì)，僅用微波加熱２．７５ｍｉｎ，其溫度就高達(dá)１２５８｀Ｃ。Ｗ.Ｈ.Ｓｕｔｔｏｎ等把強(qiáng)吸收微波物質(zhì)四氧化三鐵加入到弱吸收微波物質(zhì)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(dāng)氧化鋁中加入１０％的四氧化三鐵時，微波已經(jīng)能對該樣品進(jìn)行加熱了；當(dāng)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(qiáng)吸收微波物質(zhì)（如ＮｉＯ，　ＣｒＮ，　Ｆｅ３Ｏ４，ＭｎＯ２，　Ｎｉ２０３、鋁酸鈣等）加入到弱吸收微波物質(zhì)（如Ａ１２Ｏ３，　ＳｉＯ２－　ＭｇＯ）之中，解決了這些弱吸收微波物質(zhì)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(xì)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(dǎo)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(zhì)，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(fā)生熱失控效應(yīng)的溫度時，三甘醇揮發(fā)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(dá)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(fā)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(nèi)進(jìn)行加熱。

　　Ｔ.Ｎｉｓｈｔａｎｉ認(rèn)為，微波加熱受物質(zhì)內(nèi)部各種組分的介電損耗因子以及顆粒的電導(dǎo)率的影響。如果物質(zhì)要被微波加熱至１０００℃的高溫，其電導(dǎo)率至少要大于１０－－ｓ。’，并且顆粒應(yīng)該直接暴露在物質(zhì)穿透深度的５一　　１０倍以內(nèi)。他曾把０．１％　－ｔｏ％的良導(dǎo)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(diǎn)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(zhì)能迅速地被微波加熱。

　　 Ｃ.Ｅ.Ｈｏｌｃｏｍｂｅ把許多導(dǎo)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(jìn)行微波加熱，另外，周圍還放置了氧化錯保溫材料。他們認(rèn)為，微波加熱這些物質(zhì)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(dǎo)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(zhì)Ｍ合微波，被微波迅速加熱，大多數(shù)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(jìn)行微波的輔助性加熱。所加熱燒結(jié)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(yīng)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(diǎn)ａ之前，ＺｒＯ：主要靠ＳｉＣ的熱傳導(dǎo)進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度超過臨界點(diǎn)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(xiàn)象，ＺｒＯ２很容易被微波加熱至所需的燒結(jié)溫度，并且樣品中沒有出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象。

　　 輔助性加熱方法之三：內(nèi)襯ＳｉＣ的微波吸收器

     美國佛羅里達(dá)大學(xué)的Ｄ.Ｅ.Ｃlark教授等設(shè)計了一種輔助性微波加熱方法，具有ＳｉＣ內(nèi)襯的微波吸收器放在弱吸收微波的樣品上面。微波單獨(dú)加熱２５ｇ,氧化鋁時溫度與時間關(guān)系，微波的功率已經(jīng)增加到５ｋＷ，氧化鋁的內(nèi)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(nèi)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(guān)系，可看出，當(dāng)微波開始加熱時，ＳｉＣ內(nèi)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(dǎo)進(jìn)入氧化鋁的內(nèi)部，該過程的溫度持續(xù)至８００℃以上之后，氧化鋁開始容易吸收微波氧化鋁內(nèi)部迅速被微波加熱，同時，氧化鋁的表面仍然接受內(nèi)襯ＳｉＣ的微波吸收器的熱量，該熱量同樣也傳導(dǎo)至氧化鋁內(nèi)部，這樣，氧化鋁內(nèi)部受到了雙重?zé)嵩吹募訜幔潦箖?nèi)部溫度高于表面溫度。另外，熱量也通過表面擴(kuò)散到周圍環(huán)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(fā)明了一種加熱燒結(jié)Ｓｉ３Ｎ；的輔助方法。

 　　他們把９０根由Ｓｉ３　Ｎ；組成的刀具有規(guī)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(huán)境起反應(yīng)，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(dǎo)環(huán)并仔細(xì)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(dǎo)環(huán)用來最低限度地減少熱損失并維持增璃內(nèi)能夠進(jìn)行均勻加熱。

　　　輔助性加熱方法之五：對單模腔體采用可調(diào)微波禍合窗中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的施劍林、田永責(zé)等在單模腔體中采用可調(diào)微波藕合窗，并調(diào)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(dá)到穩(wěn)定的最終溫度。