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微波热效应陶瓷材料制备及其性能研究

王彬彬  
【摘要】:微波作为一种清洁能源,依靠物料自身的介电特性转换微波能量产生热量,现广泛应用于日常家庭生活。然而,现有的陶瓷、玻璃、塑料以及金属等制成的微波炉烹调器具不能吸收微波,而且有些材料在加热过程中可能释放出对人体有害的物质;同时由于器具本身只能透射微波却无法吸收微波,容易造成食物加热过快产生过热现象,在微波炉使用中频繁产生事故;另外一些用于微波加热的器皿多为金属材质为基体通过内置吸波材料或粘结耐高温橡胶吸波发热层来吸收微波,但由于该器皿金属基体对微波的屏蔽作用导致只有少量的微波吸收,炊具表面温度较低,热效率不高,且金属导热系数较大,无法起到长时间蓄热的效果。 本课题以传统陶瓷原料为陶瓷坯体的主要成份,通过添加一定比例的Fe203作为吸波剂,同时通过添加造孔剂获得多孔陶瓷材料以增加其蓄热特性。结合传统陶瓷烧结工艺,制备了既能吸收微波又具有蓄热功能的复合吸波陶瓷材料。 文中通过对相图分析以及探索性实验,确定了微波热效应陶瓷材料的烧结制度:首先以3~5℃/min的速率从室温升至500℃,保温60-90min;然后以1-2℃/min升温速率从500℃升温至900摄氏度,保温2-3h,该阶段主要是保证碳酸钙的完全分解以及气体的排出造孔;最后以3-5℃/min升温速率缓慢升温至最高温度1350℃,保温13-15h。 由于材料成分配比、成型压力、保压时间、造孔剂用量及烧结温度等因素对吸波陶瓷材料的吸波性能和蓄热性能有很大的影响,所以本论文重点考察了上述因素对吸波陶瓷材料的吸波性能和蓄热性能的影响,获得制备复合吸波陶瓷材料的最佳工艺参数为材料成分配比为45%Si02、22.5%Al2O3、30%Fe2O3=、2.5%gMgO、5%CaCO3、成型压力为10MPa、保压时间为10min,烧结温度为1350℃。在这些工艺参数条件下,所制备的微波复合吸波陶瓷材料可在500W微波加热场中3min内温度达到170℃以上,该复合材料从175℃的自然冷却30min后温度仍高于70℃。 从材料机械性能和介电性能分析表征可知,在最佳工艺条件下,制备的微波复合吸波陶瓷材料的抗弯强度为77.2MPa;经5次热震循环后抗压强度损失率在28%左右。所制备的微波复合吸波材料具有良好的抗弯性、介电特性等性能,满足日常家用微波炉对微波器皿的需要。


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