一種微波無(wú)氧加熱材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種微波無(wú)氧加熱材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]加熱材料作為熱源，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活，是通過(guò)化學(xué)或物理反應(yīng)釋放出能量的物質(zhì)，目前用來(lái)加熱的材料包括化石燃料(如石油、煤、油頁(yè)巖、甲烷、油砂、天然氣等)、生物燃料(如乙醇、生物柴油等)、核燃料(如鈾235、鈾233、鈾238、钚239、釷232等)及將電能轉(zhuǎn)化為熱能的電熱絲等，化石燃料作為不可再生的能源，燃燒時(shí)不僅消耗氧氣，而且會(huì)釋放有害氣體、污染環(huán)境；生物燃料雖然是一種新興的可再生燃料，但存在制備工藝復(fù)雜、成本高、燃燒時(shí)需要消耗氧氣、能量釋放有限等缺陷；電熱絲雖然是一種無(wú)氧加熱材料，但利用電熱絲加熱存在耗能大、壽命短、能量釋放有限等缺陷。
[0003]目前，微波能已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用于加熱領(lǐng)域，例如:食品、造紙、木材、燒結(jié)等等。實(shí)際加熱應(yīng)用的微波通常是頻率為915MHz和2450MHz的電磁波。微波加熱的簡(jiǎn)單原理是其交變電磁場(chǎng)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(fù)調(diào)旋，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的振動(dòng)和摩擦，在這一微觀過(guò)程中交變電磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，導(dǎo)致介質(zhì)溫度升高，因此微波加熱是介質(zhì)材料自身?yè)p耗電磁場(chǎng)能量而發(fā)熱。微波加熱顯著不同于常規(guī)加熱，具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)屬于內(nèi)加熱，具有不接觸性；(2)加熱速度快；(3)加熱效率高，可顯著節(jié)能；(4)可選擇性的加熱物料；(5)熱慣性?。?6)對(duì)化學(xué)反應(yīng)具有催化作用。然而，物質(zhì)吸收微波能的能力與該物質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)有關(guān)，即損耗因子越大，吸收微波的能力越強(qiáng)，因此上述微波加熱的優(yōu)點(diǎn)只是針對(duì)特定的微波強(qiáng)吸收材料，因此微波加熱也有其明顯的局限性和不足:(I)微波加熱的選擇性導(dǎo)致其不能直接加熱塊狀的金屬材料，因?yàn)榻饘俜瓷湮⒉?；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?yàn)檫@些材料對(duì)微波是“透明的”，它們不吸收或者較少的吸收微波能量，因此對(duì)于這些材料微波的加熱效率會(huì)很低。(2)很多情況下微波加熱的均勻性并不好，例如:對(duì)于有些較大的塊體材料微波難于穿透，微波所攜帶的能量也將隨著深入介質(zhì)表面的距離，呈指數(shù)形式衰減。
[0004]綜上，開(kāi)發(fā)一種高壽命、高效率、高使用溫度、適應(yīng)性強(qiáng)的低成本無(wú)氧加熱材料的迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)中加熱材料存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種微波無(wú)氧加熱材料及其制備方法，是一種無(wú)氧加熱材料，具有零排放、效率高、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、加熱均勻、可循環(huán)使用等特性。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種微波無(wú)氧加熱材料，其原料組分包括:單晶硅25-35份，水玻璃11-19份，硅微粉22-32份，堿金屬鹽4-6份，三氧化二鋁28-38份，所述份數(shù)為質(zhì)量份數(shù)。
[0008]本申請(qǐng)微波無(wú)氧加熱材料，具有強(qiáng)度大、耐磨性好、收縮率小、吸水速率可調(diào)、可塑性強(qiáng)等特性，可根據(jù)需要將加熱材料制備為各種形狀，在微波輻射條件下，可快速升溫，溫度可達(dá)1600°C以上，1600°C以上的燃燒時(shí)效大于3個(gè)月，適于對(duì)各種材質(zhì)、各種形狀進(jìn)行加熱，且可與被加熱物無(wú)縫貼合，放熱均勻、無(wú)耗氧、零排放，當(dāng)燃燒溫度達(dá)不到所需時(shí)，可激活循環(huán)使用。
[0009]為了進(jìn)一步保證加熱材料的強(qiáng)度、耐磨性等性能，同時(shí)進(jìn)一步提高加熱材料的加熱效率，優(yōu)選，單晶硅中硅的質(zhì)量含量大于99.9%。
[0010]為了方便制備，同時(shí)進(jìn)一步確保加熱材料的加熱性能，優(yōu)選，水玻璃的濃度為20-30。 Be，。
[0011]為了進(jìn)一步提高加熱材料的加熱性能，硅微粉中硅化物的質(zhì)量含量大于70%。
[0012]為了進(jìn)一步提高加熱材料的加熱效率，延長(zhǎng)加熱時(shí)效，優(yōu)選，堿金屬鹽為鋰鹽。
[0013]為了進(jìn)一步保證加熱材料的強(qiáng)度、耐磨性等性能，同時(shí)進(jìn)一步提高加熱材料的加熱效率，優(yōu)選，三氧化二鋁的純度大于60wt%。
[0014]為了將加熱材料的性能達(dá)到最佳，優(yōu)選，微波無(wú)氧加熱材料，其原料組分包括:單晶硅30份，水玻璃15份，硅微粉27份，堿金屬鹽5份，三氧化二鋁33份，所述份數(shù)為質(zhì)量份數(shù)。
[0015]為了進(jìn)一步保證加熱材料的性能，優(yōu)選，上述微波無(wú)氧加熱材料的制備方法，包括順序相接的如下步驟:
[0016]A、將單晶硅、水玻璃、硅微粉、堿金屬鹽和三氧化二鋁混勻、脫水；
[0017]B、在微波輻射條件下，將步驟A所得物料I小時(shí)升溫至250_350°C ；
[0018]C、在微波輻射條件下，將步驟B所得物料繼續(xù)升溫至1150-1250 °C，保溫3.5-4.5h，然后在1.5-2.5h內(nèi)，冷卻至室溫，即得微波無(wú)氧加熱材料。
[0019]上述步驟C中，物料升溫至1150-1250°C時(shí)，物料為高溫熔融狀態(tài)。
[0020]上述制備方法中，單晶硅、硅微粉、堿金屬鹽和三氧化二鋁均優(yōu)選為粉末狀，水玻璃為溶液，脫水前將各物料充分混合均勻，脫水后，混合物在微波條件下，高溫溶解，重新排序，形成新的晶相結(jié)構(gòu)，從而得到新的材料，申請(qǐng)人經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)，利用上述方法所得的加熱材料具有最佳的性能。
[0021]微波無(wú)氧加熱材料的使用方法為:用微波首先作用于“微波無(wú)氧加熱材料”，然后再以“微波無(wú)氧加熱材料”作為發(fā)熱體(熱源)去加熱待加熱的物料，對(duì)帶加熱的物料沒(méi)有材質(zhì)的要求，適用范圍廣，用于無(wú)氧高溫加熱。
[0022]本發(fā)明未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。
[0023]本發(fā)明微波無(wú)氧加熱材料，具有強(qiáng)度大、耐磨性好、收縮率小、吸水速率可調(diào)、可塑性強(qiáng)等特性，可根據(jù)需要將加熱材料制備為各種形狀；在微波輻射條件下，可快速升溫，溫度可達(dá)1600°C以上，1600°C以上的燃燒時(shí)效大于3個(gè)月；適于對(duì)各種材質(zhì)進(jìn)行加熱，且可與被加熱物無(wú)縫貼合，放熱均勻、無(wú)耗氧、零排放；當(dāng)燃燒溫度達(dá)不到所需時(shí)，可激活循環(huán)使用、大幅度降低了燃料成本；節(jié)能、環(huán)保，與傳統(tǒng)的有機(jī)燃料相比節(jié)能30%以上，與電熱絲相比節(jié)能50%以上；本發(fā)明微波無(wú)氧加熱材料的制備方法簡(jiǎn)單、易實(shí)施、成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0025]實(shí)施例1
[0026]微波無(wú)氧加熱材料的原料組分包括:單晶硅25份，水玻璃溶液(濃度為21.9° Be’)11份，硅微粉22份，碳酸鋰4份，三氧化二鋁28份，所述份數(shù)為質(zhì)量份數(shù)。
[0027]上述單晶硅為購(gòu)