微波燒結(jié)爐的設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間 : 2017-07-12 瀏覽次數(shù) : 次1.陶瓷材料微波燒結(jié)原理
材料對(duì)微波的反應(yīng)可以分為
4 種情況 : (1) 反射微波 ; (2) 透過微波 ; (3) 吸收微波 ; (4) 部分吸收微波。多數(shù)金屬屬于第一類
,而所有的玻璃和陶瓷材料可列入后 3 種情況。當(dāng)把一個(gè)陶瓷體放置在微波場中時(shí) ,其吸收的功率可用如下方程表示 :
P = (2π fε ) ( E2/ 2) tan δ微波在穿透材料時(shí) ,其強(qiáng)度是隨穿透深度而衰減的。把微波能從材料表面到衰減至 1/ e 處的距離定義為微波的穿透深度 Dp :
3λ 0
DP = π tan δ (ε r/ε 0) 1/ 2
8. 686
其中
: P 為陶瓷體吸收的微波功率 ; f 為頻率 ;ε 為復(fù)合介電常數(shù) ;λ 0 為微波在真空中的波長; E 為電場強(qiáng)度 ;tan δ
為介電陶瓷的損耗正切。通常用損耗正切值(損耗因子與介電常數(shù)的比) 來表示材料與微波的耦合能力。損耗正切值越大 ,材料與微波的耦合能力就越強(qiáng)
,而且損耗正切值是隨溫度升高而升高的。
2.微波高溫加熱爐的設(shè)計(jì)
微波加熱爐主要是由監(jiān)測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、保溫箱體、微波發(fā)生器、加熱箱體和儲(chǔ)氣罐幾部分組加熱箱體是由不銹鋼鏡面板加工成的
,冷卻水可以通過在兩層不銹鋼板中間的夾層中流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)加熱箱體的冷卻。溫度傳感器我們采用的是美國雷泰公司的 RAYR3I1MSCL2U
型紅外測溫儀?？刂葡到y(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式。為了防止在微波加熱爐爐門關(guān)上后微波從爐門與腔體之間的縫隙中泄漏出來
,除了加熱爐的爐門在加工制造時(shí)要保證較高的尺寸精度和裝配精度外 ,我們在微波爐的爐門四周安裝有抗流槽結(jié)構(gòu)
,這種結(jié)構(gòu)可以有效的減少微波的泄露。下面對(duì)該燒結(jié)爐設(shè)計(jì)中比較關(guān)鍵的微波發(fā)生器的選擇、場型設(shè)計(jì)和保溫。
3．微波發(fā)生器的選擇
微波加熱裝置中一般選擇磁控管 ( Mag netron) 、調(diào)速管( Klystron) 或磁旋管( Gyrotron) 作為微波發(fā)生器。作為微波燒結(jié)裝置的“心臟”,它的選擇將直接影響到整個(gè)裝置的性能和成本。在微波燒結(jié)裝置中一般較常使用的頻率為 :
915 MHz、2. 45 GHz、6 GHz、28 GHz 和 60 GHz 等。一般較低的頻率如 915 MHz、2. 45 GHz 可選擇磁控管作為微波發(fā)生器 ,6 GHz 選擇調(diào)速管 ,而較高頻率 28 GHz 和 60 GHz 就要選擇磁旋管了。
對(duì)于各種微波發(fā)生器隨著頻率和功率的增加 ,其價(jià)格比( ＄/ Watt) 也會(huì)有大幅度的增高。設(shè)計(jì)中若需使用大功率的微波發(fā)生器 , 建議使用同頻率 ,小功率的發(fā)生器通過功率疊加來獲得。
4.保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
微波燒結(jié)爐中最常為使用的保溫結(jié)構(gòu)有埋粉式和盒式兩種方式。埋粉式保溫結(jié)構(gòu)具有保溫效果好的優(yōu)點(diǎn)
但當(dāng)試樣在較高溫度下燒結(jié)時(shí)容易發(fā)生試樣和埋粉粘連的現(xiàn)象 使試樣燒結(jié)完畢后直接接觸
,因而不會(huì)發(fā)生試樣和保溫層粘連的現(xiàn)象。但是這種保結(jié)構(gòu)不如埋粉式保溫結(jié)構(gòu)的保溫效果好。綜合兩種保溫結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)我們設(shè)計(jì)了一種箱式保溫結(jié)構(gòu)。
