[发明专利]一种快速加热Al2O3的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速加热Al₂O₃的方法及装置，属微波加热领域。

背景技术

微波加热是一种新型加热方式，具有内部加热，快速加热，清洁卫生，易自动控制，节能等优点。但由于微波有选择性加热的特性，对弱吸波物质加热速度慢，从而限制了微波技术对这些物质的加热处理。

    Al₂O₃属于弱吸收微波的物质，在一定功率下对它用微波加热4.5min，温度仅仅升高到78℃，而强吸收微波的物质Fe₃O₄仅用微波加热2.75min，温度就高达1258℃[1]。因此在微波工业上，目前对Al₂O₃只能采用辅助加热法。

工业上通常采用的辅助加热方法有五种[1]：

    1、添加强吸波物质：W.H.Sutton等人把强吸收微波物质Fe₃O₄加入到弱吸收微波物质Al₂O₃之中，可以使加入了Fe₃O₄的Al₂O₃能够显著地被微波加热。利用6KW的微波功率加热纯Al₂O₃物质，10min后Al₂O₃的温度大约在100℃；加热10％Fe₃O₄+90％Al₂O₃的混合物，10min后该混合物温度大约200℃；加热50％Fe₃O₄+50％Al₂O₃的混合物，6min后该混合物温度超过600℃。

    2、Picket fence法：Janney等和Smith等采用Picket fence法进行微波辅助加热氧化锆，所烧结的氧化锆周围用用氧化锆纤维保温材料包裹，然后在其周围布置碳化硅棒。低温时，碳化硅吸收主要的微波能，传热给氧化锆，当温度达到某个临界点后，氧化锆开始吸热，很容易被微波加热至所需的烧结温度，该法基本消除局部过热现象。

    3、内衬碳化硅的微波吸收器：该方法是由美国佛罗里达州立大学的Clark等设计的，微波加热时，将具有碳化硅内衬的微波吸收器放在弱吸波样品上，由于碳化硅是强吸波物质，可以迅速吸收微波能量然后通过热传导方式将热量传递给待加热样品。这种方法也可以用来给Al2O3加热。

    4、Patterson法：是由Patterson等人发明的一种微波辅助加热烧结氮化硅的方法。他们将90根由氮化硅组成的刀具有规则地插在氧化铝坩埚中，坩埚里填满了碳化硅、氮化硼和氮化硅的混合物，这些粉末除用来支撑刀具外，与微波加热初始阶段可以作为强吸波物质加热氮化硅，还可以防止氮化硅与周围环境发生反应，同时起保温作用。

    5、对单模腔体采用可调微波耦合窗：中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林等在单模腔体中采用可调微波耦合窗，并调整微波输出功率、短路活塞等，以保持腔内谐振和最佳耦合条件，从而保持样品以一定的速率升温，并达到稳定的最终温度。

以上描述可以看出，采用微波辅助加热的缺点：1、工艺较为复杂；2、能量损耗大，需要做无用功去加热强吸波物质，不够节能；3、弱吸波物质在加热过程中容易与强吸波物质混杂，有可能产生新的杂质。

   Al₂O₃有多种变体，属于过渡型化合物，其主要为离子型化合物，而含部分共价型。在微波辅助加热方法中，我们发现，Al₂O₃是一种弱吸波性物质，但当Al₂O₃的温度高于800℃，它开始容易吸收微波，能够被微波快速地直接加热[1]。

参考文献：

[1]彭金辉，刘秉国。微波煅烧技术及其应用[M]。2013:106-111。

发明内容