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微波加热板和加热腔及其制作方法

发表时间:2021-04-25 16:40

一种微波加热板和加热腔及其制作方法,属于微波加热技术领域。所述的微波加热板和加热腔是由微波吸收发热组分、透波性好的陶瓷纤维、无机粘结剂、有机粘结剂和添加剂组成,其特征是上述五者的重量比依次为:40~80:10~50:7~30:0~1.5:1~15。其制备方法是:以微波吸收发热组分和陶瓷纤维作为基材,加入无机粘结剂、有机粘结剂、添加剂和水,进行充分搅拌混合制浆,然后采用机械挤压模具成型法或手工模具成型法生产出所需尺寸和形状的微波加热板和加热腔——即湿坯,最后经过100~200℃的干燥脱水处理和800℃以上的预烧处理即可获得成品。本发明结构简单,成本低,寿命长,热效率高,属非接触性加热安全性好,节能,可用于高、中、低温的实验室加热和大规模工业加热。

背景技术

目前,微波能作为一种新型的热源形式,已经越来越多的应用于加热领域,例如:食品、造纸、木材、烧结等等。实际加热应用的微波通常是频率为915MHz和2450MHz的电磁波。微波加热的简单原理是其交变电磁场的极化作用使材料内部的自由电荷重新排布及偶极子的反复调旋,从而产生强大的振动和摩擦,在这一微观过程中交变电磁场的能量转化为介质内的热能,导致介质温度升高,因此微波加热是介质材料自身损耗电磁场能量而自身发热,它不需要由表及里的热传导,因此微波加热是内加热。

然而,物质吸收微波能的本领与该物质的复介电常数有关,即损耗因子越大,吸收微波的能力越强,因此微波加热具有强烈的选择性,即:微波适合于加热微波吸收材料,如:SiC、碳、铁氧体、水、AlN、部分半导体陶瓷和金属陶瓷、金属微粉,等等,而微波则不能直接加热块状的金属材料,因为金属反射微波;微波也难于加热很多绝缘体材料,例如:玻璃、塑料(如:聚乙烯、聚苯乙烯等)、石英及部分陶瓷材料,因为这些材料对微波是“透明的”,它们不吸收或者较少的吸收微波能量;微波更难于加热大部分的气体和液体,因为它们对微波的“透明度”更高,因此对于这些材料微波的加热效率会很低。

传统的加热方式一般是通过发热元件电阻丝、或硅碳棒、或硅钼棒发热,然后再通过热传递来间接加热物料,故属于外加热,这种加热方式对待加热的物料一般没有选择性,但是存在如下不足:(1)发热元件的发热面积小、热效率低、加热速度慢、加热均匀性差;(2)电阻丝、硅碳棒和硅钼棒等容易发生折断,故使用寿命比较低;(3)加热腔为固定形式,难于更换,因此当加热小尺寸物料时会遇到加热腔尺寸太大的问题,即:大马拉小车,从而造成能源浪费。

发明内容

本发明的目的是克服上述微波加热方式和传统加热方式的技术不足,提供一种微波加热板和加热腔及其制作方法。将本发明所述的微波加热板或微波加热腔用作发热体,其优点是结构简单,制造成本低,寿命长,发热面积大,热效率高,加热均匀,便于维护和更换。本发明属非接触性加热安全性好,微波加热腔可以加热包括金属材料在内的任何材料,可实现超快速(升温速度可达500℃/分以上)和超高温加热,而且可根据待加热物料的尺寸来选择更换使用不同尺寸的加热腔,因此节能效果极为突出,经济效益显著,可用于高、中、低温的实验室加热和大规模工业加热。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的:本发明所述的一种微波加热板和加热腔,由微波吸收发热组分、透波性好的陶瓷纤维、无机粘结剂、有机粘结剂和添加剂组成,其特征是:微波吸收发热组分、陶瓷纤维、无机粘结剂、有机粘结剂和添加剂的重量比为:40~80:10~50:7~30:0~1.5:1~15,但是五者总的重量百分比为100%。微波吸收发热组分可以采用不同适用温度且能够高效吸收微波并发热的SiC粉、石墨粉、CuO粉、Fe3O4粉、AlN粉和金属微粉中的一种或一种以上的混合物;陶瓷纤维可以采用不同耐温等级的微波穿透性好的硅酸铝纤维、石英纤维、高铝硅酸纤维、含铬(Cr2O3)硅酸铝纤维、含锆(ZrO2)硅酸铝纤维、多晶莫来石纤维或多晶氧化铝纤维;无机粘结剂是硅酸钠、硅溶胶、铝溶胶和不同耐温等级的商品化高温胶(泥)中的一种或一种以上的混合物;有机粘结剂是聚丙烯酰胺或羧甲基纤维素中的一种或两者的混合物;添加剂是硅微粉、粘土微粉、石英粉和硅石粉中的一种或一种以上的混合物。

上述微波加热板和加热腔的制作方法是:以微波吸收发热组分和陶瓷纤维作为基材,加入无机粘结剂、有机粘结剂、添加剂和水,进行充分搅拌混合制浆,然后采用机械挤压模具成型法或手工模具成型法生产出所需尺寸和形状的微波加热板和微波加热腔——即:湿坯,然后将微波加热板湿坯和微波加热腔湿坯在100~200℃下进行干燥脱水处理,随后在800℃以上进行预烧处理即可获得本发明所述的微波加热板和加热腔成品。

本发明所述微波加热板和加热腔的加热原理是:首先在本发明所述的微波加热腔(或者是利用本发明所述的微波加热板所拼装成的一定形状和尺寸的加热腔)外部做好隔热保温层(注意:隔热保温层也要选用微波穿透性好的陶瓷纤维棉、毯或板,例如:硅酸铝纤维、石英纤维、高铝硅酸纤维、含铬硅酸铝纤维、含锆硅酸铝纤维,或者选用其它微波穿透性好的陶瓷板),然后将它们一起置于微波场内,从微波发生器发出的微波穿过隔热保温层,随后被加热腔中的微波吸收组分所吸收而导致其迅速发热升温,最终加热腔内的温度迅速升高,并通过热传递来加热放置在高温微波加热腔内的物料。因此本发明所述的微波加热板和加热腔,其简单的能量转换、传递与物料加热过程是:“电能®微波能®热能®热传递®物料加热”。

本发明所述的微波加热板和加热腔在微波场内可采用非固定安装模式,因此容易更换,可根据待加热物料的尺寸来方便地选择更换使用不同尺寸的加热腔进行匹配加热,即:大尺寸物料相应选择大尺寸加热腔,小尺寸物料相应选择小尺寸加热腔。

本发明的优点和积极效果:

本发明所述的一种微波加热板和加热腔及其制备方法,具有如下优点和积极效果:

(1)本发明所述的微波加热板和加热腔,只需放置于微波场环境内即可实现加热,无需固定,容易更换,因此可根据待加热物料的尺寸来选择更换使用相应尺寸的加热腔,即:大尺寸物料选择大尺寸加热腔,小尺寸物料选择小尺寸加热腔,不会遇到“大马拉小车”的问题,因此节能效果极为突出,经济效益显著。

(2)本发明所述的微波加热板和加热腔属非接触性加热,安全性好,而且结构简单,制造成本低,寿命长(不存在传统发热元件容易发生的折断失效问题),便于维护,既适合于实验室加热使用,又适合用于工业生产中的大规模加热。

(3)本发明所述的微波加热板和加热腔具有发热面积大,加热均匀和热效率高的优点。

(4)本发明所述的微波加热腔可以加热包括金属材料在内的任何材料。

(5)本发明所述的微波加热腔,既可实现超快速升温(升温速度可达500℃/分以上),又可实现超高温(1600℃以上)加热。


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