中國(guó)粉體網(wǎng)訊

1、微波干燥的原理

微波干燥是微波通過(guò)與產(chǎn)品直接相互作用將電磁能在瞬間轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的快速脫水干燥的過(guò)程。微波是頻率在300MHz~300GHz的電磁波，被加熱介質(zhì)物料中的水分子是極性分子，在快速變化的高頻電磁場(chǎng)作用下，其極性取向?qū)㈦S著外電場(chǎng)的變化而變化，造成分子的運(yùn)動(dòng)和相互磨擦效應(yīng)。此時(shí)微波場(chǎng)的場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，使物料溫度升高，產(chǎn)生熱化和膨化等一系列物化過(guò)程而達(dá)到微波加熱干燥的目的。

2、微波干燥技術(shù)的特點(diǎn)

（1）加熱快速、均勻

與普通方法相比，由于微波對(duì)吸收介質(zhì)有較強(qiáng)的穿透能力，熱量不必從表面?zhèn)鬟f到物料內(nèi)部，而是直接將能量作用于整體物料，在物料內(nèi)部瞬時(shí)轉(zhuǎn)化為熱量，大大縮短了加熱時(shí)間。

（2）加熱的選擇性

微波加熱利用的是介質(zhì)損耗原理，在加熱過(guò)程中通過(guò)介質(zhì)損耗將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，只有吸收微波的物質(zhì)才能被微波加熱。由于水的介質(zhì)損耗很大，所以水吸收的微波能遠(yuǎn)大于其它物質(zhì)。

（3）熱效率高、節(jié)約能源

微波直接與物料相互作用，不需要加熱空氣或加熱大面積的設(shè)備器壁等，且加熱室為金屬制造的密閉空腔，既可提高熱利用率，又可以保證操作人員的安全。同時(shí)，空腔反射微波，使之不向外泄露，只能為物料吸收。因此微波具有熱效率高、節(jié)約能源的作用。

（4）反應(yīng)靈敏、易控制、產(chǎn)品質(zhì)量高

在微波干燥時(shí)，由于表面的對(duì)流換熱，物料表面溫度低于中心，在物料的表面很少出現(xiàn)溫度過(guò)熱和結(jié)殼的現(xiàn)象，有利于水分的蒸發(fā)。利用風(fēng)熱或蒸汽進(jìn)行表面加熱，有利于坯體的加熱均勻，從而降低了產(chǎn)品不合格率。能量的輸出大小可以通過(guò)電源開(kāi)關(guān)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3、微波干燥設(shè)備簡(jiǎn)介

微波干燥器主要由微波發(fā)生器、連接導(dǎo)管和微波加熱器等部分組成。在微波管上加上高壓直流電壓，微波管將電能轉(zhuǎn)換成微波能，微波能以微波的形式通過(guò)波導(dǎo)管傳遞至微波加熱器加熱陶瓷坯體。通常在微波發(fā)生器上安裝冷卻系統(tǒng)，用于對(duì)微波管的腔體及陰極部分進(jìn)行冷卻。

微波干燥器結(jié)構(gòu)示意圖

4、微波干燥技術(shù)在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用

（1）建筑陶瓷

建筑陶瓷生坯干燥是陶瓷生產(chǎn)工藝中非常重要的工序之一，其不但關(guān)系到陶瓷磚的產(chǎn)品質(zhì)量及成品率，而且影響陶瓷企業(yè)的整體能耗和生產(chǎn)成本，干燥過(guò)程的節(jié)能是關(guān)系到企業(yè)生存的大事。朱慶霞等采用普通熱風(fēng)、遠(yuǎn)紅外和微波干燥方式對(duì)陶瓷坯體的干燥過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，研究不同干燥方法對(duì)磚坯干燥速度、坯體內(nèi)外溫差的影響。

上述研究結(jié)果表明，熱空氣干燥主要靠水分濃度差實(shí)現(xiàn)，內(nèi)外溫差較大；遠(yuǎn)紅外線干燥的坯體內(nèi)外溫度均勻，恒速階段的干燥速度是熱風(fēng)干燥恒速階段速度的1.2倍；微波干燥主要靠溫度差實(shí)現(xiàn)水分?jǐn)U散，最大干燥速度可達(dá)4.26%/min干基，約為熱風(fēng)干燥速度的12倍。將含水量為22％的陶瓷坯體干燥至恒重，普通電熱干燥的運(yùn)行成本最高，約為遠(yuǎn)紅外干燥的1.5倍和微波干燥的4.2倍。

不同干燥方式的比較

（2）日用陶瓷

針對(duì)日用陶瓷較適用于一次脫模干燥。根據(jù)微波加熱的特性，在水分含量高時(shí)，水分吸熱相對(duì)較大，坯體脫水速度快，微波利用率高；當(dāng)水分降低時(shí)，特別是低于5％以下，水分吸熱量不會(huì)象初始那樣大。相反，陶瓷坯體和石膏模具吸熱量相對(duì)增加，微波利用率大幅度降低。因此，微波干燥對(duì)于含水率在10％以上坯體的干燥脫模較經(jīng)濟(jì)。其次，電壓要平穩(wěn)，電壓不穩(wěn)，電磁能時(shí)大時(shí)小，造成微波輸出功率不穩(wěn)定，坯體受熱不均勻，容易產(chǎn)生裂紋。微波加熱時(shí)，不能空載運(yùn)行，同時(shí)不能混入金屬物質(zhì)，否則容易造成設(shè)備損壞。

（3）衛(wèi)生陶瓷

由于石膏模具有原材料來(lái)源廣泛、成本低廉、吸水性能好、尺寸穩(wěn)定、不易污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，一直被衛(wèi)生陶瓷行業(yè)廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷石膏模具的干燥是將熱干燥空氣送入干燥室，使其吸收被干燥物料的熱濕氣后，直接排入大氣。由于排放的熱濕空氣中含有大量的顯熱及潛熱，因此，傳統(tǒng)干燥設(shè)備的能量利用效率一般都很低。

采用微波干燥石膏模具，是一項(xiàng)新的干燥技術(shù)。它具有高效、快速的特點(diǎn)，同時(shí)它對(duì)石膏模具本身沒(méi)有任何副作用。使用微波干燥，能充分發(fā)揮微波快速加熱的特點(diǎn)，使制品干燥周期縮短，極大地提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)，由于微波穿透力強(qiáng)，因此模型內(nèi)部排除水效果更好。

（4）蜂窩陶瓷

蜂窩陶瓷作為一種功能性多孔材料，具有幾何表面積大、擴(kuò)展距離短、有利于反應(yīng)物的進(jìn)入和生成物的排出，并可縮小反應(yīng)器體積等優(yōu)點(diǎn)。因此蜂窩陶瓷特別適用于汽車尾氣的處理，煙道氣凈化蓄熱體以及紅外輻射燃燒板等方面的應(yīng)用。蜂窩陶瓷由于成形時(shí)水分較多，孔隙多且坯體內(nèi)孔壁特別薄，因此采用傳統(tǒng)的方法會(huì)導(dǎo)致加熱不均勻，極難干燥。由于蜂窩陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)差，其干燥過(guò)程要求特別嚴(yán)格。如果干燥過(guò)程控制不好，易導(dǎo)致變形和影響孔隙率比表面積。

干燥工藝對(duì)蜂窩陶瓷的成品率影響很大。蜂窩陶瓷大多數(shù)采用濕法擠壓成形，其原料中一般加入約15%的水分。蜂窩陶瓷的內(nèi)部是由許多格子狀的間壁分割而成。擠出后不能搬運(yùn)和后續(xù)加工，如不進(jìn)行快速干燥，原有的形狀將產(chǎn)生變形。擠壓成形的蜂窩陶瓷生坯，其內(nèi)部顆粒主要是片狀的粘土顆粒呈定向排列。一般坯體中顆粒定向排列較為明顯時(shí)，在干燥過(guò)程中都會(huì)引起不同方向上的不均勻收縮。孫千等研究了微波干燥工藝在蜂窩陶瓷上應(yīng)用，結(jié)果表明，微波干燥能降低成形后蜂窩陶瓷坯體約10％的水分，設(shè)備越新干燥效率越高。通過(guò)分析蜂窩陶瓷干燥的過(guò)程，提出微波干燥與對(duì)流干燥、高溫?zé)?a href="http://zhanqunliushi.cn/zc/2328.html" target="_blank" style="color:#0000ff">泵干燥相結(jié)合，可獲得最佳的干燥效果，達(dá)到高效節(jié)能的目的。

（5）電子陶瓷

電子陶瓷粉體材料通常為多組分配方體系，需要對(duì)原料進(jìn)行濕法分散、混勻和磨細(xì)處理，并通過(guò)干燥的方式把水脫離，經(jīng)預(yù)燒工序合成主晶相材料，得到半成品。隨后在半成品中加入改性劑、助熔劑，再經(jīng)過(guò)一次濕法分散、混勻、磨細(xì)處理和干燥脫水才能得到最終成品。電子陶瓷材料在生產(chǎn)過(guò)程中需要干燥和燒結(jié)這兩項(xiàng)重大工序，干燥和預(yù)燒占到制造成本的90％以上，兩次干燥的成本相當(dāng)于一次預(yù)燒的成本，因此，干燥占到其生產(chǎn)成本的45％以上。

王孝國(guó)等采用隧道式微波干燥爐對(duì)MLCC和LTCC用電子陶瓷粉體的干燥工藝進(jìn)行了研究。通過(guò)多次的容器實(shí)驗(yàn)，確定了用傳送帶直接載料進(jìn)行微波干燥的工藝和針對(duì)不同瓷粉適宜的鋪展厚度，設(shè)計(jì)了一種可以自動(dòng)上下料的裝置，節(jié)能效果顯著。

微波干燥與傳統(tǒng)干燥方式能耗和產(chǎn)能比較

5、小結(jié)

微波干燥技術(shù)作為一門應(yīng)用于陶瓷行業(yè)的新技術(shù)，需要材料學(xué)專家、微波學(xué)專家、機(jī)械制造專家聯(lián)手進(jìn)行材料的介質(zhì)特性數(shù)據(jù)的測(cè)試、微波設(shè)備的改進(jìn)，以完善微波干燥工藝及設(shè)備。另外，微波泄漏對(duì)人體健康帶來(lái)危害，需要企業(yè)配合加強(qiáng)對(duì)工人的培訓(xùn)與安全教育，使微波干燥技術(shù)更好地應(yīng)用于陶瓷行業(yè)，提高生產(chǎn)效率，節(jié)能降耗，促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展。

參考來(lái)源：

王孝國(guó)等.電子陶瓷粉體微波干燥工藝研究

孫千等.微波干燥技術(shù)在蜂窩陶瓷中的應(yīng)用

肖建平.微波干燥在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用

黃岷等.微波干燥技術(shù)在陶瓷行業(yè)中的應(yīng)用

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！