專利名稱：陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波加熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔 及其制作方法。
背景技術(shù)：
目前，微波能作為一種新型的熱源形式，已經(jīng)越來越多的應用于加熱領(lǐng)域，例如食品、 造紙、木材、燒結(jié)等等。實際加熱應用的微波通常是頻率為915MHz和2450MHz的電磁波。 微波加熱的簡單原理是其交變電磁場的極化作用使材料內(nèi)部的自由電荷重新排布及偶極子的 反復調(diào)旋，從而產(chǎn)生強大的振動和摩擦，在這一微觀過程中交變電磁場的能量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi) 的熱能，導致介質(zhì)溫度升高，因此微波加熱是介質(zhì)材料自身損耗電磁場能量而自身發(fā)熱，它 不需要由表及里的熱傳導，因此微波加熱是內(nèi)加熱。
然而，物質(zhì)吸收微波能的本領(lǐng)與該物質(zhì)的復介電常數(shù)有關(guān)，即損耗因子越大，吸收微波 的能力越強，因此微波加熱具有強烈的選擇性，即微波適合于加熱微波吸收材料，如SiC、 碳、鐵氧體、水、A1N、部分半導體陶瓷和金屬陶瓷、金屬微粉，等等，而微波則不能直接 加熱塊狀的金屬材料，因為金屬反射微波；微波也難于加熱很多絕緣體材料，例如玻璃、 塑料(如聚乙烯、聚苯乙烯等)、石英及部分陶瓷材料，因為這些材料對微波是"透明的"， 它們不吸收或者較少的吸收微波能量；微波更難于加熱大部分的氣體和液體，因為它們對微 波的"透明度"更高，因此對于這些材料微波的加熱效率會很低。
傳統(tǒng)的加熱方式一般是通過發(fā)熱元件電阻絲、或硅碳棒、或硅鉬棒發(fā)熱，然后再通過熱 傳遞來間接加熱物料，故屬于外加熱，這種加熱方式對待加熱的物料一般沒有選擇性，但是 存在如下不足(1)發(fā)熱元件的發(fā)熱面積小、熱效率低、加熱速度慢、加熱均勻性差；(2) 電阻絲、硅碳棒和硅鉬棒等容易發(fā)生折斷，故使用壽命比較低；(3)加熱腔為固定形式，難 于更換，因此當加熱小尺寸物料時會遇到加熱腔尺寸太大的問題，即大馬拉小車，從而造 成能源浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述微波加熱方式和傳統(tǒng)加熱方式的技術(shù)不足，提供一種陶瓷纖維 織物增強的微波加熱板和加熱腔及其制作方法。將本發(fā)明所述的陶瓷纖維織物增強的微波加 熱板或微波加熱腔用作發(fā)熱體，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，壽命長，發(fā)熱面積大，熱 效率高，加熱均勻，便于維護和更換。本發(fā)明屬非接觸性加熱安全性好，微波加熱腔可以加 熱包括金屬材料在內(nèi)的任何材料，可實現(xiàn)超快速(升溫速度可達50(TC/分以上)和超高溫加 熱，而且可根據(jù)待加熱物料的尺寸來選擇更換使用不同尺寸的加熱腔，因此節(jié)能效果極為突出，經(jīng)濟效益顯著，可用于高、中、低溫的實驗室加熱和大規(guī)模工業(yè)加熱。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明所述的一種陶瓷纖維織物增強的 微波加熱板和加熱腔，由透波性好的陶瓷纖維織物、微波吸收發(fā)熱組分和無機粘結(jié)劑組成， 其特征是陶瓷纖維織物是不同耐溫等級的微波穿透性好的陶瓷纖維棉、纖維毯、纖維紙或 低密度纖維板，可以是硅酸鋁纖維、石英纖維、高鋁硅酸纖維、含鉻(Cr203)硅酸鋁纖維、 含鋯(Zr02)硅酸鋁纖維、多晶莫來石纖維或多晶氧化鋁纖維。微波吸收發(fā)熱組分是能夠高 效吸收微波并發(fā)熱的SiC粉、石墨粉、CuO粉、Fe304粉、A1N粉和金屬微粉中的一種或一 種以上的混合物，粉體的粒徑約為l~10(^m。無機粘結(jié)劑是硅酸鈉、硅溶膠、鋁溶膠和不同 耐溫等級的商品化高溫膠(泥)中的一種或一種以上的混合物。 上述陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔的制作方法是-
(1) 漿料制備將微波吸收發(fā)熱組分粉體、無機粘結(jié)劑、表面改性劑和水相互混合，進行 充分的機械攪拌制得漿料，以水調(diào)節(jié)漿料的粘稠度。漿料組成配比是40 100wt，/。的 微波吸收發(fā)熱組分、0 60wt，/。的無機粘結(jié)劑和0 2wtn/。的表面改性劑(根據(jù)需要加入 適量水)，其中表面改性劑可以是環(huán)己酮或非離子辛基苯氧基乙醇。微波吸收發(fā)熱組分、 無機粘結(jié)劑和表面改性劑三者總的重量百分比為100%。
(2) 陶瓷纖維織物的預燒將陶瓷纖維織物作為基材，將其在300 50(TC進行預燒；
(3) 吸漿浸滲處理將預燒后的陶瓷纖維織物浸入漿料內(nèi)，為了確保陶瓷纖維織物充分吸
收漿料，可同時輔以真空條件、施加壓力、超聲波振蕩、或機械振動；
(4) 模具成型利用模具對吸漿浸滲處理后的陶瓷纖維織物進行壓力成型以獲得不同尺寸
的板材或者不同形狀的腔體，板材和腔體密度的高低通過所施加壓力的大小來控制；
(5) 干燥和固化處理對上述成型后的板材和腔體在100 20(TC進行干燥脫水處理，隨后在 500 80(TC進行固化處理并除去表面改性劑；干燥和固化處理優(yōu)先選擇微波加熱；
(6) 循環(huán)重復步驟(3)和(5)多次0~6次；
(7) 高溫煅燒將上述板材和腔體在100(TC以上煅燒1小時以上(優(yōu)先選擇微波加熱)，最 終獲得本發(fā)明所述的陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔成品。
所述的吸漿浸滲處理和漿料配比，其特征在于，最后一次吸漿浸滲處理所采用的漿料配 比中應該含有高含量的無機粘結(jié)劑和相對低含量的微波吸收發(fā)熱組分，其余吸漿浸滲處理(特 別是第一次吸漿浸滲處理)所采用的漿料配比中應該含有高含量的微波吸收發(fā)熱組分和相對 低含量的無機粘結(jié)劑。
本發(fā)明所述陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和微波加熱腔的加熱原理是首先在本發(fā)明
所述的微波加熱腔(或者是利用本發(fā)明所述的微波加熱板所拼裝成的一定形狀和尺寸的加熱
腔)外部做好隔熱保溫層(注意隔熱保溫層也要選用微波穿透性好的陶瓷纖維棉、毯或板， 例如硅酸鋁纖維、石英纖維、高鋁硅酸纖維、含鉻硅酸鋁纖維、含鋯硅酸鋁纖維，或者選
用其它微波穿透性好的陶瓷板)，然后將它們一起置于微波場內(nèi)，從微波發(fā)生器發(fā)出的微波穿過隔熱保溫層，隨后被加熱腔中的微波吸收發(fā)熱組分所吸收而導致其迅速發(fā)熱升溫，最終加 熱腔內(nèi)的溫度迅速升高，并通過熱傳遞來加熱放置在高溫微波加熱腔內(nèi)的物料。因此本發(fā)明 所述的微波加熱板和加熱腔，其簡單的能量轉(zhuǎn)換、傳遞與物料加熱過程是"電能~>微波能— 熱能4熱傳遞4物料加熱"。
本發(fā)明所述的陶瓷纖維織物增強的微波加熱腔，在微波場內(nèi)為非固定安裝模式，可活動 易更換，因此可根據(jù)待加熱物料的尺寸來方便地選擇更換使用不同尺寸的加熱腔進行匹配加 熱，S卩大尺寸物料相應選擇大尺寸加熱腔，小尺寸物料相應選擇小尺寸加熱腔。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果
本發(fā)明所述的一種陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔及其制備方法，具有如下優(yōu) 點和積極效果
(1) 本發(fā)明所述的微波加熱板和加熱腔，只需放置于微波場環(huán)境內(nèi)即可實現(xiàn)加熱，無需 固定，容易更換，因此可根據(jù)待加熱物料的尺寸來選擇更換使用相應尺寸的加熱腔，目卩大 尺寸物料選擇大尺寸加熱腔，小尺寸物料選擇小尺寸加熱腔，不會遇到"大馬拉小車"的問 題，因此節(jié)能效果極為突出，經(jīng)濟效益顯著。
(2) 本發(fā)明所述的微波加熱板和加熱腔屬非接觸性加熱，安全性好，而且結(jié)構(gòu)簡單，制 造成本低，壽命長(不存在傳統(tǒng)發(fā)熱元件容易發(fā)生的折斷失效問題)，便于維護，既適合于實 驗室加熱使用，又適合用于工業(yè)生產(chǎn)中的大規(guī)模加熱。
(3) 本發(fā)明所述的微波加熱板和加熱腔具有發(fā)熱面積大，加熱均勻和熱效率高的優(yōu)點。
(4) 本發(fā)明所述的微波加熱腔可以加熱包括金屬材料在內(nèi)的任何材料。
(5) 本發(fā)明所述的微波加熱腔，既可實現(xiàn)超快速升溫(升溫速度可達500TV分以上)， 又可實現(xiàn)超高溫(160(TC以上)加熱。
具體實施例方式
下列實施例是^t本發(fā)明的進一步解釋和說明，對本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。 實施例l:取9.5kgSiC微粉(粒徑約10(^m)、 0.4kg硅酸鈉和0.1kg環(huán)己酮，將它們與 水一起進行機械攪拌混合制得漿料A;取5kg SiC微粉(粒徑約100pm)和5kg硅酸鈉，將 它們與水一起進行機械攪拌混合制得漿料B;然后將30(TC預燒后的含鋯硅酸鋁纖維織物浸 入漿料A中，同時對漿料施加10MPa的壓力；隨后利用模具對吸漿浸滲處理后的含鋯硅酸鋁 纖維織物進行人工加壓成型以獲得不同尺寸的板材或者不同形狀的腔體，然后再對成型后的 板材和腔體進行15(TC的干燥脫水處理和50(TC的固化處理；重復上述吸槳浸滲處理和干燥固 化處理兩次(最后一次吸漿浸滲處理使用漿料B,其余吸漿浸滲處理使用漿料A)，最后將制 得的板材和腔體在IOOO'C下煅燒1小時并最終獲得本發(fā)明所述的陶瓷纖維織物增強的微波加 熱板和加熱腔成品。
實施例2:取9kgSiC微粉(粒徑約150pm)、 0.9kg硅溶膠和O.lkg非離子辛基苯氧基乙醇，將它們與水一起進行機械攪拌混合制得漿料C;取5kgSiC微粉(粒徑約80pm)和5kg 硅溶膠，將它們與水一起進行機械攪拌混合制得漿料D;然后將50(TC預燒后的石英纖維織 物浸入漿料C中，同時輔以O(shè).OlMPa的真空條件和功率為lkW的超聲波振蕩，隨后利用模 具對吸漿浸滲處理后的石英纖維織物進行機械加壓成型(壓力為2MPa)以獲得不同尺寸的板 材或者不同形狀的腔體，然后再對成型后的板材和腔體進行15(TC的干燥脫水處理和600'C的 固化處理；重復上述吸漿浸滲處理和干燥固化處理兩次(最后一次吸漿浸滲處理使用漿料D， 其余吸漿浸滲處理使用漿料C)，最后將制得的板材和腔體在IIOO'C下煅燒1小時并最終獲得 本發(fā)明所述的陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔成品。
實施例3:取9.2kg SiC微粉(粒徑約8(Vm)、 0.75kg硅酸鈉和0.05kg非離子辛基苯氧基 乙醇，將它們與水一起進行機械攪拌混合制得漿料；然后將40(TC預燒后的含鋯硅酸鋁纖維 織物浸入衆(zhòng)料中，同時輔以0.01MPa的真空條件和功率為800W的超聲波振蕩，隨后利用模 具對吸漿浸滲處理后的含鋯硅酸鋁纖維織物進行機械加壓成型(壓力為3MPa)以獲得不同尺 寸的板材或者不同形狀的腔體，然后再對成型后的板材和腔體進行20(TC的干燥脫水處理， 最后將制得的板材和腔體在120(TC下煅燒1小時并最終獲得本發(fā)明所述的陶瓷纖維織物增強 的微波加熱板和加熱腔成品。
實施例4:取9kg SiC微粉(粒徑約80pm)、 0.9kg硅酸鈉和O.lkg環(huán)己酮，將它們與水 一起進行機械攪拌混合制得漿料；然后將40(TC預燒后的含鋯硅酸鋁纖維織物浸入漿料中， 同時輔以O(shè).OlMPa的真空條件和600次/min的機械振動處理，隨后利用模具對吸漿浸滲處理 后的含鋯硅酸鋁纖維織物進行機械加壓成型(壓力為2MPa)以獲得不同尺寸的板材或者不同 形狀的腔體，然后再對成型后的板材和腔體進行20(TC的干燥脫水處理和50(TC的固化處理， 重復上述吸漿浸滲處理和干燥固化處理3次，最后將制得的板材和腔體在120(TC下煅燒1小 時并最終獲得本發(fā)明所述的陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔成品。
實施例5:取8kg SiC微粉(粒徑約80nm)、 1.9kg硅酸鈉和O.lkg環(huán)己酮，將它們與水 一起進行機械攪拌混合制得漿料；然后將30(TC預燒后的硅酸鋁纖維織物浸入漿料中，同時 輔以O(shè).OlMPa的真空條件和500次/min的機械振動處理，隨后利用模具對吸漿浸滲處理后的 硅酸鋁纖維織物進行人工加壓成型以獲得不同尺寸的板材或者不同形狀的腔體，然后再對成 型后的板材和腔體進行200。C的干燥脫水處理和60(TC的固化處理，重復上述吸漿浸滲處理和 干燥固化處理兩次，最后將制得的板材和腔體在IOO(TC下煅燒1小時并最終獲得本發(fā)明所述 的陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔成品。
實施例6:取9.7kg SiC微粉(粒徑約80pm)、 0.2kg鋁溶膠和O.lkg環(huán)己酮，將它們與水 一起進行機械攪拌混合制得漿料E;取4kgSiC微粉(粒徑約8(Him)和6kg鋁溶膠，將它們 與水一起進行機械攪拌混合制得漿料F;然后將50(TC預燒后的含鋯硅酸鋁纖維織物浸入漿料 E中，同時輔以0.01MPa的真空條件和功率為lkW的超聲波振蕩，隨后利用模具對吸漿浸滲 處理后的含鋯硅酸鋁纖維織物進行人工加壓成型以獲得不同尺寸的板材或者不同形狀的腔體，然后再對成型后的板材和腔體進行200'C的干燥脫水處理和80(TC的固化處理；重復上述 吸漿浸滲處理和干燥固化處理3次(最后一次吸漿浸滲處理使用漿料F，其余吸漿浸滲處理 使用漿料E)，最后將制得的板材和腔體在130(TC下煅燒1小時并最終獲得本發(fā)明所述的陶瓷 纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔成品。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔，由透波性好的陶瓷纖維織物、微波吸收發(fā)熱組分和無機粘結(jié)劑組成，其特征是(1)陶瓷纖維織物是不同耐溫等級的微波穿透性好的陶瓷纖維棉、纖維毯、纖維紙或低密度纖維板，可以是硅酸鋁纖維、石英纖維、高鋁硅酸纖維、含鉻(Cr2O3)硅酸鋁纖維、含鋯(ZrO2)硅酸鋁纖維、多晶莫來石纖維或多晶氧化鋁纖維；(2)微波吸收發(fā)熱組分是能夠高效吸收微波并發(fā)熱的SiC粉、石墨粉、CuO粉、Fe3O4粉、AlN粉和金屬微粉中的一種或一種以上的混合物，粉體的粒徑約為1～100μm；(3)無機粘結(jié)劑是硅酸鈉、硅溶膠、鋁溶膠和不同耐溫等級的商品化高溫膠(泥)中的一種或一種以上的混合物。
2. —種權(quán)利要求1所述的陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔的制作方法，其特征 在于(1) 槳料制備將微波吸收發(fā)熱組分粉體、無機粘結(jié)劑、表面改性劑和水相互混合，進行 充分的機械攪拌制得漿料，以水調(diào)節(jié)漿料的粘稠度；(2) 陶瓷纖維織物的預燒將陶瓷纖維織物作為基材，將其在300 50(TC進行預燒；(3) 吸漿浸滲處理將預燒后的陶瓷纖維織物浸入漿料內(nèi)，為了確保陶瓷纖維織物充分吸 收漿料，可同時輔以真空條件、施加壓力、超聲波振蕩、或機械振動；(4) 模具成型利用模具對吸漿浸滲處理后的陶瓷纖維織物進行壓力成型以獲得不同尺寸 的板材或者不同形狀的腔體，板材和腔體密度的高低通過所施加壓力的大小來控制；(5) 干燥和固化處理對上述成型后的板材和腔體在100 20(TC進行干燥脫水處理，隨后在 500 80(TC進行固化處理并除去表面改性劑；干燥和固化處理優(yōu)先選擇微波加熱；(6) 循環(huán)重復步驟(3)和(5)多次0~6次；(7) 高溫煅燒將上述板材和腔體在100(TC以上煅燒1小時以上(優(yōu)先選擇微波加熱)，最 終獲得本發(fā)明所述的陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔成品。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔的制作方法，其特征 在于，所述的漿料組成和配比是40 100wt，。的微波吸收發(fā)熱組分、0-60wt。/。的無機粘結(jié)劑 和0 2wtn/o的表面改性劑(根據(jù)需要加入適量水)，其中表面改性劑可以是環(huán)己酮或非禽子辛 基苯氧基乙醇，微波吸收發(fā)熱組分、無機粘結(jié)劑和表面改性劑三者總的重量百分比為100%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的加熱腔，其特征在于，所述的加熱腔在微波場內(nèi) 為非固定安裝模式，可活動易更換，因此可根據(jù)待加熱物料的尺寸來方便地選擇更換使用不 同尺寸的加熱腔進行匹配加熱，S卩大尺寸物料相應選擇大尺寸加熱腔，小尺寸物料相應選 擇小尺寸加熱腔。
全文摘要
一種陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔及其制作方法，屬于微波加熱技術(shù)領(lǐng)域。所述的陶瓷纖維織物增強的微波加熱板和加熱腔是由透波性好的陶瓷纖維織物、微波吸收發(fā)熱組分和無機粘結(jié)劑組成，其制作方法是將預燒后的陶瓷纖維織物浸入漿料內(nèi)進行一次或多次的加壓和/或真空浸滲吸漿處理、模具成型、干燥和熱處理后而制得，其中所使用的浸滲漿料的組成和配比是40～100wt.％微波吸收發(fā)熱組分、0～60wt.％無機粘結(jié)劑和0～2wt.％表面改性劑。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低，壽命長，熱效率高，屬非接觸性加熱安全性好，可實現(xiàn)超快速和超高溫加熱，節(jié)能效果突出，可用于高、中、低溫的實驗室加熱和大規(guī)模工業(yè)加熱。
文檔編號C04B35/80GK101565322SQ20091000106
公開日2009年10月28日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者徐艷姬, 王建軍, 王璽龍, 申偲伯, 申玉娟, 申玉田 申請人:徐艷姬