专业成就品质  创新改变世界
【长仪微波】新闻与技术
微波与被加热物质的相互作用以及材料物理性能对于加热的影响-介电损耗篇
来源:湖南长仪微波科技有限公司作者:长仪微波网址:http://www.changemw.com
文章附图

湖南长仪微波科技有限公司经过多年微波加热材料工艺及微波高温设备设计经验,在被加热物质对微波加热体系影响有如下总结:

一、被加热物质对微波加热的影响

微波能在瞬间使物料加热,没有热传导过程,能量直接作用于物料。在实验和生产中,相对于传统加热方式,可以提高生产效率。然而,在某一给定的系统中,微波加热方式所能达到的速率是有一定限制的。其中最重要的情况,这些限制与被加热物料的物理特性有关,因此必须大致了解这种物料的特性才方便通过经验数据估算加热速率。

影响微波加热的另一个参数就是微波的穿透深度,穿透越深,损耗于材料的能量也就越多。通过穿透深度我们可以计算在特定微波频率下微波穿透物质的效率和在低于表面的某一点上所提供的有用能量的效率。穿透深度随频率而变化,也取决于物质的某些物理特性。

要确定物质在微波作用下,加热过程的稳定性。需要了解到材料的成分变化,我们很多材料的吸收微波性能是随温度发生变化的,一方面材料本身化学性质变化,从这种物质变成了另外一种物质;另外一方面材料的物理性质也发生变化,如密度、物相、晶型等的变化。因而,如果需要计算某一物质加热整个过程的变化,需要了解其材料本身性质的变化过程,针对特定性质进行计算和经验数据来做出判断。

二、微波加热系统中常用材料分类

在微波加热系统中,常用材料基本上分为导体、绝缘体、损耗介质等。

1、导体

导体大多数为金属物质,如铁、铜、银、铝等,也有非金属,石墨等。它们能够反射微波,微波在金属表面如同镜子发射一样。因此,在微波系统中,可以用导体以特定的形式来传播微波能量。例如微波的腔体,目前几乎全部采用金属。

2、绝缘体

绝缘体可反射和穿透传输微波,一般情况下它所吸收的微波功率极小,几乎忽略。微波与绝缘体相互作用,如同光线与玻璃,一部分光线被玻璃反射,另一部分光线穿透玻璃。因此,在微波系统中,保护微波系统免受污染、对物料进行保温的材料我们采用这类材质。

3、损耗介质

损耗介质的性能介于金属与绝缘体之间,损耗介质在反射、传输和穿透方面的特性也介于导体和绝缘体之间。我们用来加热的物料一般就属于损耗介质范畴。

因此,我们需要根据3种材料分类情况,构建我们的微波加热体系。

三、影响损耗介质特性的主要参数

在微波加热体系中,所需要加热处理的材料是损耗介质,通常需要不同程度的吸收微波能力。已知材料的介电常数是起主要作用的(此处主要讨论介电损耗类型)。其中影响介电常数和损耗因数数值的参数主要有如下:

1、含水量或强吸波杂质含量

材料内含水量对材料的介电常数影响很大,原因是水的介电常数很高。同理,强吸波杂质含量也对材料也很大。例如水介电常数80左右,大多数损耗介质介电常数2左右。以材料中含水量对材料吸波能力举例,水与低损耗的材料混合在一起时,所产生的“最大损耗”频率常比驰豫频率低得多。当不同的介质混合成一种介质混合物时,会比较复杂。我们经验得出,当两个单纯物质混合均匀时,介电常数的变化是:

(1)湿度越高,介电常数也越大。

(2)湿度大,介电损耗也大,但在20-30%范围内稳定在一个数值上,湿度再大则会减少。

(3)混合物的介电常数常处于它的各成份的介电常数之间。

水仅仅是我们常见的一种强吸收微波物质,但在微波加热的对象中却是常见成份。例如,我们长仪微波给用户设计制造微波焙烧、微波热解、微波催化、微波高压反应设备经常出现物料里面含水量,或者添加水蒸气,或者溶剂就是水。也因此,我们也须根据不同用户物料情况进行详细分析。

针对其它强吸波材料杂质,发生的情况又比含水的情况更加复杂。因为这种杂质为固体时,物料与杂质之间还会产生特殊的“界面损耗”从而增加混合物的介电损耗。

2、材料的密度

材料的密度会非常大的影响复合介电常数的数值,例如高纯的氧化锆陶瓷与氧化锆纤维,前者的介电常数和损耗因数要大的多,原因是后者内部含大量气孔,空气的介电常数是1,实际就是微波可以完全穿透空气。材料中如果含大量空气,介电常数自然大幅度降低。从而,我们得知介电常数随材料的密度增加而增加。

我司也常常利用这些特性来处理一些设备结构问题。

3、材料的温度

温度和介电常数的相互依赖关系是复杂的。材料的介电损耗可能随温度的变化增加或减少。在一定频率下,损耗介质的温度特性主要取决于湿度或取决于混合物里的任何损耗成份的含量。在微波高温加热或微波干燥过程中,温度是个变量,因此有必要了解材料关于这些参数的关系。

拿我们最常见的水来举例说明,冰的介电常数是3.2,而水的介电常数是80左右,冰的介质损耗也很低,约为0.001,而水则为25左右。大家看到这些参数,就很明朗了,冰吸收微波能力并不好。有些微波厂商致力于开发微波解冻和微波破冰设备,我们觉得需要考虑到这些问题。

4、微波频率

微波频率变化时,介电常数也会发生变化,目前,我司设计微波加热设备,因国际标准限定四种,我司采用了2.45GHz与915MHz两种,对于这个两种频率也有自己的体会。需要根据客户材料的特点来选用相对应的频率。在特定研究部门的特殊研究中,也可以考虑变频微波与物料性能的耦合。

5、物理结构

在微波加热系统中,被加热材料的物理结构影响着微波对材料的作用,颗粒状物料的介电特性通常难以精确地确定,因为它的密度和颗粒大小是变化的。液体的介质特性与固体的介质特性相比,前者更为简单。因此,我们在设计一款要求均匀性的微波加热系统时,要配合其它手段来处理物料结构带来的影响。

6、电导率

电导率即材料由于电子或离子位移而传导电流的能力。在微波频率下,大多数材料的电导率变化可以忽略不计,但有些材料,例如盐水,某半导体或导体陶瓷材料。随着电导率的变化,其介电常数变化非常之大。特别是需要利用这些材料作为微波器件的时候,我们需要非常注意。

7、热传导性

我们经常为了区别微波加热和传统加热,将热传导性特别指出,例如我们有这种说法,微波加热直接加热物料,电加热通过传热给物料,微波加热速度快,无热传导所浪费的时间。我们这里提出的热传导性指的是整个微波加热系统中,一旦介质损耗材料被加热后,如果该材料强吸收微波,并且尺寸较大,微波加热仅仅能穿透外部的部分,我们就需要考虑材料的热传导性了。另外,也针对一些材料热传导性比较差,微波吸收能力一般。此时,微波加热与传统加热呈现的温度梯度完全相反,此次,我们需要增加一些辅助加热元素,来匹配好温度场。


在线客服
 
 
 
 
 联系方式
电话:0731-88613766
袁经理:17375762240
李经理:17375809951