[发明专利]用于微波加热的陶瓷基透波承载体及生产方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种用于微波加热设备的陶瓷基透波承载体，更确切的说是在微波场中对微波透波专用陶瓷基承载体的配方及冶金生产方法。

二、技术背景：

微波加热是上世纪40年代初发展起来的一门新技术，微波加热与常规加热不同，它不需由表及里的热传导，而是通过微波在物料内部的能量耗散来直接加热物料。根据物料电磁特性的不同，可及时有效地在整个物料内部产生热量。微波加热在冶金中的应用具有以下用常规加热方式无法比拟的优点：选择性加热物料、升温速率快、加热效率高；对化学反应具有催化作用，能降低反应温度，缩短反应时间，促进节能降耗；其本身不产生任何气体，易于实现清洁生产；使物料在瞬间得到或失去热量来源，易于自动控制。由于微波加热具有常规加热方法无法比拟的优点，已广泛应用于食品、轻纺、农林、化工、矿冶、材料制备等行业中。

实际应用的微波通常是频率为915MHz和2450MHz的电磁波，其能量与材料的耦合加热是在非磁性金属(常用不锈钢、铜、银等)加工而成的空间(谐振腔)内，通过微波不断的反射、折射进行的。由于微波特殊的非接触式能量传递方式，要切实有效的发挥微波加热的优越效果，就要求承载或容纳待加工物料的材料必须具有优良的介电、热学、力学性能。

随着微波加热技术在更多领域的不断应用，微波加热设备已经从低温干燥发展到高温煅烧、烧结、合成、热处理等领域，温度范围覆盖室温到约1400℃，设备形式包括连续皮带式、隧道炉、管式炉、箱式炉、竖炉、回转炉、固定床或流态化炉等。在上述炉型中，都必然存在待加工物料的承载体。目前可用作承载体的材料主要有：聚四氟乙烯(PTFE)、氧化铝(Al₂O₃)、熔融石英(SiO₂)、氧化铍(BeO)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)和金刚石等。从安全和使用成本方面比较，聚四氟乙烯和Al₂O₃陶瓷是应用范围最广的承载体材料，但聚四氟乙烯塑料的最高使用温度为260℃，通常只能用于微波低温设备，如微波干燥、微波萃取、及温度较低的微波化学反应设备中；虽然氧化铝刚玉具有很高的耐火度可达1900～2050℃，但其20-1000℃热膨胀系数约为6-8×10^-6/℃，水冷次数3-5次。由于热应力，在急冷急热时非常容易破裂，难以满足微波快速加热的使用条件。熔融石英(SiO₂)、氧化铍(BeO)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)和金刚石等材料的性质基本能够满足使用要求，但材料自身成本很高，加工成承载体的难度大。可见，对于发展微波加热装置，普遍缺乏的具备极高的微波透过率；低介电常数和低介电损耗；良好的热导率；较强的抗热冲击性；较好的机械强度和硬度；高致密度，良好的气密性；可加工性好，易于进行大尺寸加工和低成本的微波炉专用高温承载体，特别是面向工业微波加热设备使用的大尺寸制品，已经成为微波高温加热设备面向多功能、大型化、工业化应用的技术瓶颈。

三、发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于微波加热的陶瓷基透波承载体及生产方法，该承载体材料的介电常数为6-10，20-1000℃热膨胀系数为2-3×10^-6/℃，长期使用温度≤1450℃，该材料同时具有优良耐酸碱和热稳定性能，专门用于加工微波高温加热设备的承载体制品。根据使用条件的不同，加工成不同尺寸的制品，其具体形式为管、板、砖、匣钵、坩埚及其他异型件。

本发明的陶瓷基透波材料成分组成的表达式为xMeO·yAl₂O₃·zSiO₂，其中Me为镁(Mg)或钇(Y)，各成分的具体含量为2重量％≤x≤8重量％，35重量％≤y≤45重量％，50重量％≤z≤60重量％，x+y+z＝100％，配入材料总重量5-8％的粘结剂，制胚成型后烧结。

采用上述材料成分的原料，依据形式和尺寸的不同，进行微波高温加热设备用承载体加工，具体过程为先将其破碎至粒度为20-200目，其中60-120目占30-60％，并在球磨桶中混合均匀，采用木制或钢制模具，通过人工制胚或在500-1500kg/cm²压力下机械制胚后，干燥至含水4-8重量％，最后进行胚体烧结。按照y/z的比例0.58≤y/z≤0.9，确定烧结温度介于1650-1800℃之间。