微波干燥设备在陶瓷中的应用

蜂窝陶瓷作为一种功能性多孔材料，早在20世纪70年代就由美国康宁(Corning)公司开始试制，并在1975年进行了小型车尾气净化试验，取得了良好的效果。与传统的颗粒状陶瓷载体相比，多孔状蜂窝陶瓷载体具有几何表面大、扩展距离短、有利于反应物的进入和生成物的排出，并可缩小反应器的体积等优点。因此，蜂窝陶瓷特别适用于汽车尾气的处理、烟道气的净化、蓄热体以及红外辐射燃烧板等方面的应用。

微波的波长在1mm～1m之间，频率在3.0×102~3.0×105 MHz之间（见图1），具有穿透性的一种电磁波。目前，国内外微波干燥技术已在轻工业、食品工业、化学工业、农业和农产品加工等领域得到应用。具体在造纸、陶瓷、木材、食品、沥青、污水处理、表面活性剂、香料、矿石、药物、混凝土、涂料、油漆等方面已开始研究和应用。

蜂窝陶瓷由于成形时水分较多，孔隙多，且坯体内孔壁特别薄。因此，采用传统的方法会导致加热不均匀，极难干燥；由于蜂窝陶瓷导热系数差，其干燥过程要求特别严格（如环保汽车、蓄热体、红外辐射燃烧板等方面的蜂窝陶瓷）。如果干燥过程控制不好，易导致变形，以及影响孔隙率和比表面积。

目前，蜂窝陶瓷的干燥方式有自然干燥法、远红外干燥法、蒸汽干燥法、微波干燥法等，其中微波干燥方法能克服厚壁蜂窝陶瓷干燥时存在表面与内部干燥速度不一致的问题；同时，也解决了坯体干燥前强度低、搬运困难，干燥后易开裂等问题。

2.微波干燥技术的特点

微波干燥的原理：采用微波照射湿坯体，电磁场的方向和大小会随时间作周期性变化，使坯体内极性水分子随着交变高频电场的变化，产生剧烈的转动，然后发生摩擦转化为热能，使得坯体整体均匀升温，达到干燥的目的。微波照射的穿透能力远比红外线大。微波干燥的特点可归纳为以下四点：

2.1 加热快速、均匀

与普通方法相比，由于微波对吸收介质有较强的穿透能力，热量不必从表面传递到物料内部，而是直接将能量作用于整体物料，在物料内部瞬时转化为热量，大大缩短了加热时间。

2.2 加热的选择性

微波加热利用的是介质损耗原理，在加热过程中通过介质损耗将电磁能转化为热能，只有吸收微波的物质才能被微波加热。由于水的介质损耗很大，所以水吸收的微波能远大于其它物质。

2.3 热效率高、节约能源

微波直接与物料相互作用，不需要加热空气或加热大面积的设备器壁等，且加热室为金属制造的密闭空腔，既可提高热利用率，又可以保证操作人员的安全。同时，空腔反射微波，使之不向外泄露，只能为物料吸收。因此微波具有热效率高、节约能源的作用。

2.4 反应灵敏、易控制、产品质量高

在微波干燥时，由于表面的对流换热，物料表面温度低于中心，在物料的表面很少出现温度过热和结壳的现象，有利于水分的蒸发。利用风热或蒸汽进行表面加热，有利于坯体的加热均匀，从而降低了产品不合格率。能量的输出大小可以通过电源开关的控制来实现，以提高产品质量。

3.蜂窝陶瓷的干燥工艺过程

3.1 陶瓷坯体的水分与干燥的关系

陶瓷生坯内的水分有三种：一是化学结合水，是坯料物质结构的一部分；二是吸附水，是坯料颗粒所构成的毛细管中吸附的水分，吸附水膜厚度相当于几个到十几个水分子；三是游离水，游离于坯料颗粒间。坯体干燥时，游离水极易排出。随着周围环境的湿度与温度的不同，吸附水也有部分在干燥过程排出。干燥后坯体吸附水的含量取决于坯料组成、环境的条件和放置时间的长短。

3.2 干燥过程与生坯的变化关系

坯体排出水分可分为两个途径：蒸发生坯表面的水分扩散到周围介质中去，为外扩散；水分由生坯内部迁移到表面，为内扩散。在内、外扩散的过程中需吸收一定的能量。随着生坯含水率降低，一般干燥过程可分为：预热阶段、等速干燥阶段、降速干燥阶段与平衡状态.

发布于2018-07-02