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    如何降低陶瓷微波高溫燒結設備燒結溫度

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    如何降低陶瓷微波高溫燒結設備燒結溫度
    時間:2020年6月18日 閱讀: 606 次

    微波經過對微波能在烘干設備領域的深入研究,將微波加熱技術應用于日用陶瓷燒結生產中,發現微波高溫燒結設備坯體時可降低燒成溫度50℃以上。分析原因有:

    微波快餐盒飯加熱設備(中央廚房客戶配套設備現場)

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    1、測溫方法不同造成誤差

    傳統燒成的方式是窯體內(或匣缽內)溫度由外向內傳遞,測溫熱電隅所測溫度為邊界溫度,溫度顯示較高;而微波燒結方式是依靠坯體自身分子運動加熱即體積 性加熱,溫度由內向外傳遞,紅外線測溫儀所測的溫度是坯體底部溫度,有可能比傳統熱電隅所測溫度低。但這種誤差不可能相差50℃以上,故主要原因是在燒結 過程中產生的內在因素。

    2、從分子運動說分析機理

    燒結可以認為是坯體中晶粒配位形狀的變化,這種變化使 晶粒以空間填充方式排列,即晶粒中心相互靠近,減少坯體尺寸并排除氣孔。在晶體材料中,原子只能在界面被移動或添加,晶粒中心的靠近是通過熱激活擴散,把 原子從晶界移走并添加到氣孔表面。在非晶態材料中,晶粒形狀的變化可以通過粘性流動實現。日用陶瓷燒結過程中晶粒形狀的變化具有以上所述的雙重方式:當坯 體在獲得熱量后,隨著溫度升高,分子間的碰撞和分子變為活化分子數目都在增加,隨著活化分子的百分數增大,導致反應速率成倍增長。被熱能激活的晶界原子轉 移并填充氣孔,使晶粒中心相互靠近;隨著溫度進一步升高,造成液相生成,晶粒中心相互靠近的速度加快,終得到致密堅實、氣孔率很低的瓷器。

    采用微波高溫燒結設備作用陶瓷時,遵循前述微波燒結的原理,坯體吸收到具有較大輻射滲透深度的微波后,在微波電磁場的作用下,導致坯體表面和內部同時 發熱,即坯體自身發熱,亦稱體積性加熱,這種體積性加熱與傳統的單面受熱相比,分子間的碰撞運動、活化分子的增加、晶界原子的轉移、各種物理化學反應都將 大提速,因而達到快燒和節能的目的,對于微波燒結應用中十分突出的這一特征與優勢,是易于解析和接受的。

    但是,為什么采用微波燒結可以降低燒結溫度呢?過去,我們為降低燒結溫度絞盡腦汁,千方百計在坯釉配方上下功夫,若要降低50℃都非常不易,然而微波燒結卻讓我們輕松得到。對于 這一問題,現在尚無定論。J.A.Booske等認為是微波與弱鍵連接的離子產生共振偶合作用,因而增加了晶格點陣離子遷移率,導致擴散和燒結速度加快, 降低了燒結活化能,故降低了燒結溫度。M.A.Janney等研究發現,在28GHz的微波場下進行高純氧化鋁陶瓷的微波燒結所需的活化能為 160KJ/mol,而常規燒結所需活化能卻要575KJ/mol。燒結活化能是物體達到燒結狀態時活化分子具有的平均能量與本體分子的平均能量之差,微 波燒結與傳統燒結相比,其燒結活化能降低。分子碰撞理論認為:分子發生有效碰撞所必須具備的低能量稱為臨界能,具有等于或大于臨界能的分子稱為活化分子。普通分子要吸收足夠的能量才能轉變為活化分子。

    燒結活化能在燒結過程前后的變量(△U)只取決于某特定材料的始態與終態,而 與該材料狀態變化的途徑無關日用陶瓷坯體在傳統燒結狀態下,其燒結活化能的增加是依靠熱源提供熱能轉化而來的;當坯體在微波燒結過程中,其燒結活化能有 所降低,說明除熱能轉化之外,還有其他一種能量給予了補充。這個未知的能量與熱能作用是相同的,即為普通分子提供足夠的能量,使普通分子激活為活化分子。 所不同的是:熱能的轉化是提供“熱激活”,但微波的作用不僅提供了“熱激活”,而且還提供了“電磁場激活”。微波利用特有的電磁場效應給普通分子輸送能 量,將電場能轉化為分子勢能或粒子間相互作用的能量,加快了反應速度,降低了傳統觀念的燒結活化能,在溫度測定上反映出燒結溫度降低了。微波燒結日用陶瓷 可以降低燒結溫度的機理是由于微波電場能除為坯體燒結轉化為熱能之外,還轉化為其他直接激活分子的能量,故在其表象上反映為:燒結熱能降低、燒結溫度降 低。分子在外力場特別是外力磁場環境中運動的有關理論在無機化學、物理化學中都尚無闡述。

    微波技術應用于工業生產僅有30多年的歷史,其學術研究與完整的理論系統正在不斷深入與完善。微波燒結除了快燒、節能、無污染源之外還有許多優點,如:坯體由于自身發熱,溫度表里如一,坯內溫 度場均勻,熱應力小,有利于復雜形狀陶瓷大部件的燒結;由于微波燒結升溫特快,因而避免晶粒長大,可獲得具有高強度、高韌性的超細晶粒結構陶瓷。這些優勢 可以首先推廣應用于生產大型、異型藝術瓷、薄胎藝術瓷、陶瓷雕塑、高強度藝術瓷方面,并逐步在日用陶瓷、建筑陶瓷、衛潔陶瓷生產領域開發利用。


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