原理簡介
物質分為導體、半導體、絕緣體。絕緣體又叫介質材料,介質材料由極性分子和非極性分子組成。微波是頻率在300兆赫到300千兆赫的高頻電磁波,波長1米一1毫米。這些由極性分子和非極性分子組成的介質材料,在微波高頻電磁場作用下,極性分子從原來的隨機分布狀態轉向按照電場的極性排列取向,介質中的極性分子從原來的熱運動狀態轉為跟隨微波電磁場的交變而排列取向,產生激烈的磨擦而生熱。在這一微觀過程中,微波能量轉化為介質內的熱能,使介質溫度呈現為宏觀上的升高,這就是微波加熱的基本原理。微波加熱是介質材料自身損耗電場能量而發熱,對于導電的金屬材料,電波不能透人內部而被反射,金屬材料不能吸收微波。
1.1 微波加熱原理
物質分為導體、半導體、絕緣體。絕緣體又叫介質材料,介質材料由極性分子和非極性分子組成。微波是頻率在300兆赫到300千兆赫的高頻電磁波,波長1米一1毫米。這些由極性分子和非極性分子組成的介質材料,在微波高頻電磁場作用下,極性分子從原來的隨機分布狀態轉向按照電場的極性排列取向,介質中的極性分子從原來的熱運動狀態轉為跟隨微波電磁場的交變而排列取向,產生激烈的磨擦而生熱。在這一微觀過程中,微波能量轉化為介質內的熱能,使介質溫度呈現為宏觀上的升高,這就是微波加熱的基本原理。微波加熱是介質材料自身損耗電場能量而發熱,對于導電的金屬材料,電波不能透人內部而被反射,金屬材料不能吸收微波。
1.2 微波與材料耦合的關系
根據材料吸收微波功率的關系式
式中f為微波頻率(GHz),ε0為真空介電常數(ε0=8.86×10-12F/m),ε"eff為有效損耗因子,E(V/m)為試樣內電場強度。當f,ε0,E一定時,材料的加熱難易主要決定于ε"eff。有效損耗因子ε" eff通常用可測量的損耗角正切值tgδ來表示, ε"為介電損耗因子,εIr為相對介電常數,σ是總的有效電導率(s/m)。由上式可見材料與微波相互作用產生加熱效應主要通過極化介電損耗(ε")和電導損耗(σ)。氮化釩原料具有一般氧化物陶瓷(ZrO:,TiO:等)的離子電導損耗,還有較強的極化損耗特性。這使得其在微波場下顯示出良好的加熱升溫特性。實驗發現這種快速燒結過程同時可顯著提高致密化速率。快速致密化的主要原因是微波場下材料燒結過程中的擴散系數顯著增大。微波加熱下的擴散系數高于普通燒結。
1.3 微波的穿透能力和加熱深度
在微波電場中,原料球對微波的吸收及轉換成熱能的程度正比于微波的工作頻率、電場強度的平方、介電常數和介質損耗正切值。
在實際加熱過程中,存在一個穿透能力和加熱深度問題,穿透能力就是電磁波穿人到介質內部的能力。
穿透深度定義為:材料內部功率密度為表面能量密度的1/e或36.8%算起的深度,用D表示
電磁波從原料球的表面進入并在其內部傳播時,由于能量不斷被吸收并轉化為熱量,它所攜帶的能量就隨著深入介質表面的距離.并以指數形式衰減。氮化釩微波燒結爐微波頻率2.45GHz,它的加熱深度比紅外加熱大得多,燒結爐內經200ram,能夠使微波有效穿透,燒結產品均勻,成品率高。