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实验室基本实验设备介绍系统——微波炉设备

已有 8029 次阅读 2011-5-1 17:40 |个人分类:实验设备|系统分类:观点评述|关键词:学者| 实验室, 微波炉, 实验设备

大家好,今天开始陆续向大家汇报一下本实验室的设备。本人自从博士以来,一直从事于微波烧结纳米材料,可以说在这方面,也有自己的一些心得和对微波的理解,希望对大家理解微波有用,同时也由于本人水平有限,有可能出现的问题还请大家多多原谅。另外,欢迎宁波的朋友来本实验室,多多交流。当然也欢迎外地的朋友,共同开发微波烧结技术。

-、设备介绍

我们的设备是长沙隆态产的HAMiLabV3000 微波多功能高温实验炉,具体的性能指标大家还可以通过网上查找。

微波炉实物图

其主要技术指标有:

1.      最高工作温度 1600°C

2.      静态极限真空度 ≤10Pa

适用范围

1.无机粉体合成、煅烧

u      碳化物:SiCCrCVC 等。

u      氮化物:Si3N4MnXNXAlNVNCrN 等。

u      电子陶瓷粉体:钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸锶、锆钛酸钡等。

u      荧光粉:(LED 粉、三基色、长余辉粉等)

u      锂离子电池材料:钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等正极材料及负极碳材料等。

u      各种陶瓷色料、釉料、陶瓷原料等。

2 各种无机材料制品/器件烧结

u      电子陶瓷:BaTiO3SrTiO3ZnO 压电陶瓷、PTC 热敏元器件等。

u      生物医学陶瓷:人造骨骼、牙齿等,MgOAl2O3ZrO2SiCY2O3Si3N4SiO2 等高性能结构陶瓷。

u      日用陶瓷、工艺美术瓷。

3 灰化、焚化

4 金属熔融及热处理

 

二、微波原理及特点:

微波是一种电磁波,是指频率为300MHz-300GHz的电磁波,其是无线电波中一个有限频带的简称,即波长在1米(不含1米)到1毫米之间的电磁波,分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波是一种能量(而不是热量)形式,但在介质中可以转化为热量。材料对微波的反应可以分为四种情况:(1)穿透微波;(2)反射微波:(3)吸收微波。(4)部分吸收微波。对于玻璃、塑料和瓷器,微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西,则会反射微波。近年,微波钼工业的生产过程中导入微波加热技术,不仅可有效提高反应转化率、选择性,而且体现出节能环保等诸多优点,其作为实现绿色工艺的手段之一而到人们的广泛重视。这里需要指出的是,现在工业上生产的微波炉选用的微波频率是2.45GHz,也就是说这一频率是固定的。因此,研究微波烧结工艺时,不能提出改变微波频率,进而观察实验现象变化这种简单的错误。

微波特点

采用微波加热具有加热速度快、热量损失小、操作方便等特点,既可以缩短工艺时间、提高生产率、降低成本,又可以提高产品质量。与传统加热方式相比,微波加热有以下特点:

加热均匀、速度快

一般的加热方法凭借加热周围的环境,以热量的辐射或通过热空气对流的方式使物体的表面先得到加热,然后通过热传导传导物体的内部。这种方法效率低,加热时间长。

微波加热的最大特点是,微波是在被加热物内部产生的,热源来自物体内部,加热均匀,不会造成外焦里不熟的夹生现象,有利于提高产品质量,同时由于里外同时加热大大缩短了加热时间,加热效率高,有利于提高产品产量。微波加热的惯性很小,可以实现温度升降的快速控制,有利于连续生产地额自动控制。

选择性加热

微波加热所产生的热量和被加热物的损耗有着密切关系。各种介质的介电常数在0.00010.5的范围内,所以各种物体吸收微波的能力有很大的差异。一般说介电常数大的介质很容易用微波加热,介电常数太小的介质就很难用微波加热。这就是微波对物体具有选择性加热的特点。

控制及时、反应灵敏

常规的加热方法,如蒸汽加热、电热、红外加热等,要达到一定的温度,需要一定的时间,在发生故障或停止加热时,温度的下降又要较长时间。而微波加热可在几秒的时间内迅速地将微波功率调到所需的数值,加热到适当的温度,便于自动化和连续化生产。

穿透性

微波比其它用于辐射加热的电磁波,如红外线、远红外线等波长更长,因此具有更好的穿透性。微波透入介质时,由于介质损耗引起的介质温度的升高,使介质材料内部、外部几乎同时加热升温,形成体热源状态,大大缩短了常规加热中的热传导时间,且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时,物料内外加热均匀一致。

与红外相比较,远红外加热的频率比微波加热的频率更高,照理加热效率要更好,但其实不然,这里面还存在一个穿透能力的概念。远红外加热虽有许多优点,应用也比较广泛,但从对物体的穿透能力看,远红外就远不如微波。什么叫穿透能力呢?穿透能力就是电磁波穿透到介质内部的本领,电磁波从表面进入介质并在其内部传播时,由于能量不断被吸收并能转化为热能,它所携带热量就随着深入介质表面的距离以指数形式衰减。电磁波的穿透深度和波长是同一数量级,除了较大的物体外,一般可以做到表里一起加热。而远红外加热的波长很短,加热时穿透能力差,在远红外线照射下,只有物体一薄层发热,而热量要到内部主要靠传导,这样不仅加热时间长,而且容易造成加热不均匀。根据对比,微波加热的穿透能力比远红外加热强的多。

选择性加热

物质吸收微波的能力,主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强,相反,介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异,微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同,产生的热效果也不同。水分子属极性分子,介电常数较大,其介质损耗因数也很大,对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小,其对微波的吸收能力比水小得多。因此,对于食品来说,含水量的多少对微波加热效果影响很大。

 

三、微波加热原理:

微波加热是一种依靠物体吸收微波能将其转换成热能,使自身整体同时升温的加热方式而完全区别于其他常规加热方式。传统加热方式是根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至物料热量,热量总是由表及里传递进行加热物料,物料中不可避免地存在温度梯度,故加热的物料不均匀,致使物料出现局部过热,影响加热技术与传统加热方式不同,它是通过被加热体内部偶极分子高频往复运动,产生“内摩擦热”而使被加热物料温度升高,不须任何热传导过程,就能使物料内外部同时加热、同时升温,加热速度快且均与,仅需传统加热方式的能耗的几分之一或几十份之一就可达到加热目的。从理论分析,物质在微波场中所产生的热量大小与物质种类及其介电特性有很大关系,即微波对物质具有选择性加热的特性。以水为例,微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电磁,被加热介质物料中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频点磁场作用下,其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成分子的相互摩擦运动的效应,此时微波场的场能转化为介质内的热能,使物料温度升高,产生热化和膨化等一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。即体内有极分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热(每秒翻转2.45GHz,体内离子在微波作用下振动也会将振动能量转化为热量.

一般在微波烧结中,所处理的材料大多是介质材料,而介质材料通常都不同程度地吸收微波能,介质材料与微波电磁场相互耦合,会形成各种功率耗散从而达到能量转化的目的。能量转化的方式有许多种,如离子传导、偶极子转动、界面极化、磁滞、压电现象、电致伸缩、核磁共振、铁磁共振等,其中离子传导及偶极子转动是微波加热的主要原理。



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