材料与微波的相互作用课件.ppt

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1、.,微波在材料科学与工程中的应用Microwave Power Applications in Science & Engineering of Materials,张兆镗 Prof. Zhang Zhao tang 电子科技大学 University of Electronic Science & Technology of China,.,1.概述Introduction,二次大战后不久,美国的Spence首先发现了微波与物质的相互作用(interaction of microwave and matters),于是他就发明了世界上第一台微波炉,他用微波爆玉米花,观看鸡蛋爆炸等实验,因为他

2、是搞雷达的,因此取名为“雷达炉 ”radar oven,后改名为“烹饪炉”cooking oven,最后才改名为今天 的“微波炉”microwave oven 。,.,上世纪七十年代,民用领域內,微波功率主要应用于食品(food)与橡胶(rubber)两个行业。不久后,微波功率在橡胶硫化技术,光纤棒预制技术,微波等离子体刻蚀、掩膜及气相沉积技术,陶瓷烧结技术等方面取得了突破,发展成相应的产业,令材料学界刮目相看。 今天,微波在新材料制备与制造,材料改性,材料合成,材料处理等领域,扮演着极为重要和不可缺失的角色,成为材料制备中一种先进的加工手段。,.,近十年来,微波功率不仅在固态与液态物料领域跨

3、学科地被广泛推广应用,而且逐渐扩大至气态 和等离子态领域中的应用,可以明显地看到下面一些诱人的潜在应用市场,具有很大的经济与社会效益，例如:1.固体垃圾(包括医疗垃圾,放射性垃圾)的微波焚烧或处理; solid waste microwave disposal2.废棄轮胎的微波处理与加工; waste tyre disposal3.微波化工工程的探索(例如天然气制造乙烯); microwave chemical engineering4.废气微波治污(如有毒气体的消解); polluted air microwave prevention and decomposition5.微波等离子体及火

4、炬(MPT)的应用(微电子及固体器件及其它领域) 。Microwave Plasma Torch (MPT),.,2.微波功率在材料科学与工程中的应用领域Microwave power applications fields in science & engineering of materials,A.陶瓷类材料(ceramic materials) (1)电子陶瓷的干燥及粉体合成与烧结 (2)电瓷、日用陶瓷、建筑陶瓷的干燥与烧成 (3)结构陶瓷、蜂窝陶瓷的干燥与烧成 (4)保温耐火材料的干燥与烧成 (5)氧化锆陶瓷的烧制 (6)陶瓷卫生洁具的干燥与烧成 (7)陶瓷工艺品的烧制 (8)工程陶

5、瓷制品的预烘与烧结 (9)微波介质陶瓷的烧结,.,B.冶金类材料(metallurgic materials ),(1)粉末冶金和硬质合金材料的烧结(2)粉体或颗粒材料的锻烧或合成(3)氮化铁合金材料(氮化钒,氮化锰,氮化硅,氮化铬)的制备与生产(4)碳酸锰焙烧(5)各种金属碳化物氮化物氧化物的焙烧与合成(6)金属熔融及热处理(7)金属氧化矿的碳热还原(8)金属硫化矿的脱琉(9)特种合金的制备,.,C.纳米材料的制备(nanometer materials),(1)纳米硅粉熔融提纯 (2)纳米钨粉碳化加工 (3)炭纳米管的制备D.磁性类材料(magnetic materials) (1)磁性材

6、料粉体预烧和器件烧结 (2)硬磁、旋磁等铁氧体材料的烧结 (3)钕铁硼稀土永磁材料的烧结 (4)Ni-Zn材料的烧结,.,E.锂电池正极材料的干燥与高温合成 (lithium battery positive plate materials) (钴酸锂、锰酸锂、三元素、磷酸铁锂的干燥与合成),F.人造金刚石生产工艺(artificial diamond) (1)叶蜡石模具的干燥 (2)石墨加触媒颗粒料的焙烧还原 (3)人造金刚石的氧化焙烧 (4)人造金刚石成品的干燥 G.稀土荧光粉的高温合成(RE phosphor powder) (LED、灯用三基色长余辉等稀土材料的制备),.,H.橡胶的硫

7、化与脱硫 curing & desulphurization,I.高分子材料的固化 solidification of high molecule materialsJ.发泡材料的膨化或热处理 swelling of foaming materialsK.分子筛催化材料的干燥与焙烧 roasting of catalytic materials L.玻璃纤维的干燥 drying of glass fiberM.尼龙绳索的定形 formalization of nelon ropeN.各种化工材料、无机粉体或颗粒材料的干燥O.中西药材的干燥 drying of medicineP.模具材料、建筑

8、材料、玻璃制品、铸造型芯的干燥与固化 drying & solidification of mould materialsQ.活性炭及炭黑的制备 active carbon makingR.微波隐身吸波材料的制备 microwave absorb materials making,.,3.材料的物电特性Physical & electrical properties of materials,3.1材料的分类 Classification of materials按形态分: 固体,液体,气体,等离子体;按导电率分: 导体,绝缘体(电介质),半导体;按结晶分: 晶体(单晶,多晶),非晶体;按极化

9、率分: 极性材料,非极性材料;按分子量分: 低分子物质,高分子物质;按分子结构分: 链状结构,网状结构;,.,低分子材料分为：晶体与非晶体;高分子材料分为：结晶结构与无定形结构; 也可分为天然与人工合成两类;前者如纤维素, 天然 橡胶,纸张等,后者如塑料,合成纤维,人 造涂料等。链状高分子物质特点: 具有可溶性,易于加工,可 反复使用,具有热塑性;网状结构物质特点: 具有不溶或不熔性,有较大 強度和硬度,具有耐热性,耐溶性。,.,3.2 电介质的分类Classification of electrical dielectric,1.非极性电介质:(non-polar materials) 如氩

10、,碳,CF4,甲烷(CH4),四氯化碳(CCl4), 丙烯(C8H8),聚乙烯,聚四氟乙烯,聚苯乙烯,石蜡,地蜡,矿物油,聚异丁烯,未硫化的橡胶. 所有碳氢化合物都是非极性或弱极性物质,如其中的氢原子为卤族元素或OH,NH2,NO2基团所取代时,就变成极性化合物了 。,.,2.极性电介质:(polarity materials) 与非极性电介质相反,当无外电场时,分子的正 负电荷重心不重合,即分子具有偶电矩,由这些 分子组成的电介质称为“极性电介质”。 分子结构不对称的为极性材料,如水,甲醇,乙醇,尿素,丙酮,蛋白质,血红蛋白,多乙酸乙烯酯(C2H6O2),丙种血清拟球蛋白,聚氯乙烯,酚醛树脂

11、.,.,3.3 介质损耗与温度的关系Relation between dielectric loss & temperature,在低湿度时,由于物理上的束缚效应减弱以及偶极子易于重新取向,使得损耗因子随温度上升而增加 。当湿度超过25%时,损耗因子随温度的上升反而减小了。许多含水食品如牛肉,猪肉,土豆泥,胡萝卜,鱈魚,猪肝等都是如此。,.,a.介质损耗的温度特性Temperature characteristics of dielectric loss (a)负斜率 (b)正斜率 (c)正斜率negative slope positive slope positive slope,.,b.尼

12、龙66的介质损耗的正斜率特性positive slope characteristic of dielectric loss of nelon 66,.,c.水的介质损耗的负斜率特性经验公式: 320/Tpermittivity & dielectric loss of water,.,水的介电常数实部与温度及频率的关系Relation between permittivity of water and temperature & frequency (UESTC),.,水的介电常数虚部与温度及频率的关系Relation between dielectric loss of water and

13、 temperature & frequency (UESTC),.,d.热平衡与热失控heat balance & thermo runaway,介质损耗的正斜率d”/dT 特性会引起材料在加热过程中的“热失控”现象,通常,在单位体积內的监温度上升速率比例于”f E2,而同一体积内的热逸散则比例于 2T, 这里为热扩散率;当”f E2等于热逸散率时,就建立起一个平衡的温度,否则可能导致热失控现象,最终导致物料内产生“热斑”,或损坏或烧毀。 介质损耗系数” 随温度急剧变化并上升的温度称为“临界温度”。,.,损耗因子与温度的关系Relation between dielectric loss a

14、nd temperature,.,正斜率材料临界温度的近似值Critical temperature of positive slope materials,.,4.微波功率对材料的作用Microwave power action on materials,微波对材料(包括无机材料、有机材料、高分子材料、功能材料、磁性材料、压电材料、生物材料.)的作用存在以下各种效应(单一效应或复合效应): a.热效应 (thermal effect) b.电场效应 (electric field effect) c.物化效应 (physical chemical effect) d.电磁生物效应 (elec

15、tromagnetic biologic effect),.,5.微波加热原理Principle of microwave heating,微波加热方式的温度适应范围分为:50100C: 加热,脱水,真空干燥,煮白,灭菌, 散包,整形,解冻,100200C: 膨化,发泡,焙烧,脱硫, .200400C: 硫化,微波热风,微波熬油, 400C: 高温烧结,粉末冶金,废气处理,材料合成,.,5.1材料单位体积内吸收的微波功率Microwave power loss in unit volume of materials,微波在非金属材料单位体积内的功率耗散为: p = o” E2rms = 2fo

16、” E2rms - ( W/m3)式中: f-微波频率; o真空电容率; ” -介质损耗; E2rms-电场有效值.在输入微波功率已定时,材料吸收功率与工作频率f及微波损耗”的乘积成正比。,.,5.2,.,.,.,d.水与固态物加热过程中的温升及温度分布变化Temperature distribution change water solid matter,.,e.微波加热工艺技术的选择Selection of microwave heating technology,根据被加热材料的介质损耗,导热率,材料的体积、形状等物电特性,适当选择微波加热功率和加热时间,可使材料在加热过程中,均匀地加热

17、,里外的温度梯度接近为零。,.,5.3 不同材料形状对微波电场极化方向的要求Requirements of polarization direction of electrical field of various materials shape,.,电场的线极化与圆极化Linear polarization & circular polarization,1.对具有纤维或纹理方向的板料或片状料,如纸张、木板、纺织品等应使电场方向与板片平行,如上图(b),而不是相垂直如图(a);2.对块状物,应使电场与较厚方向平行;如图(c)及(d);3.对球状物,无特殊要求;4.对杆料或丝状物料,最好采用圆

18、极化场,即极化方向是不断快速旋转的,而线极化场的方向是恆定不变的。最近我们申报的圆极化加热系统发明专利获得了批准 。,.,6.微波处理方法及应用Microwave processing method & applications,6.1微波处理方案的选择依据 Selection principles of microwave heating methods a.物料的性质:导体,介质或半导体? property? b.物料的形态:固态,液态或气态? shape? b.物料的介质损耗:低损耗,中损耗或高损耗? loss? c.物料的形狀,体积,长度等几何参数? form? volume? d.物

19、料中的含水量:高,中,低? moisture content? e.材料的比热;是否热敏材料? specific heat? f. 需要达到的最终温度? finally temperature? g.处理的目的:脱水,干燥,焙烧,膨化,定形,固化, 烧结,冶炼,合成,熔融,? processing object ?,.,6.2其它因素的考虑Consideration of other factors,a.单件间隔加热还是连续作业加工?Single processing or continuous processing ?b.常温常压加热,还是高温常压?还是高温高压?General pressu

20、re & temperature or high pressure & temperature/c.常压还是真空干燥?还是冷冻干燥?Vaccum drying or freezed drying?d.加热过程中是否有有害或有毒气体排出?Whether exhaust harmful gas or toxic gas?e.加热时会否发生爆炸?Whether explosion or not?f.工件或物料的进出口尺寸限制?Import & export dimensions limitation?g.炉体的保洁与维护。Clear & service.,.,6.3 微波加热与处理技术Microwa

21、ve heating & processing technology,a.常温常压时的微波加热、脱水、干燥技术 特点:1.微波输出功率几kW至几百kW,甚至更大; 2.工作频率: f = 2450MHz或f=915MHz; 3.采用箱式炉或隧道炉; 4.有强大的抽风设备; 5.采用直接耦合或裂缝天线馈能; 6.传送帶带速连续可调; 7.一般无测温装置; 8.产量几十至几百公斤每小时; 9.售价低廉;适合于常规的脱水干燥,可用作化学材料,各种粉料或颗粒料,烟叶烟丝,玻璃纤维,茶叶,中药材及中药丸,消毒杀菌等领域。,.,915MHz 20kW 微波干燥设备(四川宏普公司)915MHz microw

22、ave heating equipment,.,b. 烘房低温干燥技术Low temperature drying technology in room,特点: 1.间歇式作业; 2.适用于大体积大尺寸物料; 3.烘房內确保物料干燥均匀; 4.低温脱水与干燥,使物料不开裂,不变形; 5.无污染; 6.泄漏符合国标。适用于: 各种化工原料,模具材料,食品,药材,阿胶, 农副产品,水产品,木材,建材,.,.,微波低温干燥烘房(长沙隆泰公司)Microwave low temperature drying room,.,c.微波真空处理技术 Microwave vacuum processing t

23、echnology,在压力为(1.3326.66)kPa范围内,采用微波真空处理来干燥热敏材料如药品,蔬菜和化学制品是非常有效的,干燥必须在低于100C时进行,防止材料的损坏。由下图可知,区内的空气击穿场强大大高于最低击穿场強,加热器内的临界电场限制了一定压力,温度,介质材料性质时的耗散功率密度。真空处理时的最大障碍是由于管壁和负载的形状造成电场集中处存在的局部放电,它会引起局部过热,造成微波功率的浪费。,.,不同频率时击穿场強与气压的关系Relation between breakdown electric field & pressure,.,冰和水的饱和蒸汽压与温度的关系Relation

24、 between saturation steam pressure and temperature,.,c1.真空低温干燥技术Vacuum low temperature drying technology,特点: 1.在真空环境下加热与干燥; 2.真空度3kpa; 3.可对干燥箱内进行测温和控温; 4.箱内可测湿; 5.低沸点低温或超低温干燥； 6.微波泄漏符合国标。适用于: 各种热敏材料.食品,蔬菜(生姜,大蒜,蘑菇,.),药品,易氧化物料,高水分強粘稠性物料,.,微波真空干燥机 Vacuum low temperature drying equipment(长沙隆泰公司),.,C2.

25、微波冷冻干燥技术Microwave freezed drying technology,在冷冻干燥区内(13133)Pa,水分从冷冻材料中不经过液相直接变成蒸汽而升华,普通的冷冻干燥是一个很慢的过程,如在后期采用微波干燥,可大大加速其过程,因为微波有效地作为一个体积热源通过干燥层,加速其能量吸收而使冰层减薄。 主要问题是空气或冷冻材料附近滞留在大气中的水蒸汽的微波击穿。,.,微波冷冻干燥低温冷阱(四川宏普公司)Freezed drying equipment,.,冷冻微波干燥机及微波源Microwave power supply,.,.,d. 微波高温干燥与烧结技术 Microwave hig

26、h temperature drying & sintering technology,特点: 1.常温常压下加热; 2.实现快速与超快速升温; 3.间歇式作业; 4.可直接测量样品温度; 5.特制专用坩埚,对物料无污染; 6.多重防泄漏装置,安全可靠。适用于:空气气氛下各类固体材料的锻烧,焙烧, 烧结,高温合成,灰化,熔融及热处理等。,.,微波高温马弗炉/灰化炉Microwave high temperature drying equipment (长沙隆泰公司),.,e. 微波高温气氛烧结技术Microwave high temperature sintering technology,特

27、点: 1.适用多种气氛(空气,氧气,氮气,惰性气体, 还原性气体); 2.最高可达1600C; 3.微波功率连续可调; 4.设置二路气体通道,气压精确可控; 5.直接对样品测温; 6.专用坩埚和耐火材料; 7.多重防泄漏装置,安全可靠。适用于: 各类固体材料高高温合成,锻烧,焙烧,烧 结,灰化,焚化,.,.,微波高温气氛炉 Microwave high temperature sintering equipment (长沙隆泰公司),.,陶瓷微波烧结技术Microwave sintering of ceramics,本世纪初以来，微波烧结陶瓷材料的研究更趋于成熟，许多研究者都针对纳米结构陶瓷的

28、微波烧结以获得更为出色的性能。如美国宾州大学利用微波单模腔烧结了纳米晶的氧化镁、氧化铝、氮化铝、和氮氧化铝透明陶瓷，还曾有人对多晶透明氧化铝陶瓷进行1880C微波高温处理后得到单晶的宝石级氧化铝，其透光性提高了20%。俄罗斯的科学家用毫米波加热烧结了接近理论密度的氧化铝纳米陶瓷，晶粒尺寸大小为(8590)nm 。,.,f. 微波橡胶硫化技术Microwave rubber vulcanized technology,这是一种新技术,先将橡胶通过一个模子,挤压成形,同时将其温度尽快地提高到200 C,并进行硫化,然后在这个温度上维持足够长的时间,保证产生硫化或聚合所需的化学反应。 由于微波的体积

29、加热特性,有可能在很短时间内提供橡胶件整个断面所需的温升。然后,还需要提供一种常规加热的保温通道,其目的是防止橡胶在发生反应之前冷却。,.,微波橡胶硫化设备 Microwave rubber vulcanized (南京三乐公司),.,g.微波炉制备高温超导材料Manufacture of high temperature superconductivity materials in microwave oven,当将CuOZnOV2O3等放入一个微波炉中时，其结果是出乎人们意料的!它们在一分钟内熔化了，其中V2O3达到了700，ZnO达到了800，PbO被加速加热到200。其性质衰变成另一种

30、红色氧化物Pb3O4，而后者并不吸收微波。用普通方法将CuO，Fe3O4混合物制备CuFe2O4需要在炉中加热一整天!而用微波炉则只需化半小时左右即可。而另一种化合物KVO3用同一方法只化了7min，可见节能效果的明显。,.,1988年，英国牛津大学物理学家通过实验发现，有几种无机氧化物包括CuO对2450MHz的微波辐射有強烈的吸收。他们将(15)g的氧化铜样品放在普通的微波炉中，仅1 min时间，温升就超过550，进而他们將La2O3(12.28g)，CuO(3g)用可变功率(130500)W的微波炉加热不到40min就合成了通常方法需耗时(1224) h才能得到的 La2CuO4超导材料

31、。后来他们又使用CuO，YO3，Ba(NO3)2在改装的微波炉中约1 h就成功地合成了Yba2Cu3O7-x高温超导材料。他们的试验证明，微波加热也许为制备新一类高温超导材料提供了更方便更迅速的途径和方法。,.,h. 微波制备碳纳米管技术 Carbon nm tube microwave manufacture technology 美国宾州大学采用TE103单模腔(2450MHz)在Si衬底上用Fe作触媒于C2H2气氛中,700C在H场中制成了多层碳纳米管。 可制作纳米电子元件;纳米电机 (NEMS);,.,多层纳米碳管的显微照片D. K. Agrawal,.,i.等离子体制备纳米粉末技术P

32、lasma manufacture technology of nm powder,其基本原理是：利用等离子体的高温与急骤冷却技术相结合的方法，使原料在高温区域内迅速发生热解和气化反应，形成混合性气相物质，并在急冷环境中凝聚产生晶核，进而长大形成一定粒径的纳米粉末。根据原料的不同，可采用等离子体物理蒸发法、反应性等离子体蒸发法、等离子体气相沉积法等三种。 等离子体可制备纳米粉末氮化铝、多晶硅粉、硼粉等。,.,J. 微波制备光纤棒技术 Microwave manufacture technology of optical fiber rod,微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD法)其沉积温度较

33、低(约1 000)，沉积效率可接近100%，光纤特性优良，因此性能价格比非常突出。荷兰菲利浦公司是世界上生产光纤利用MPCVD法的最大厂商，日本瑞典等国也采用了MPCVD法。我国早在80年代在武汉邮电科学研究院就开展了MPCVD法拉制光纤的研究和实验工作，取得了成功，目前已完成几代的微波法拉制光纤的设备研发工作，取得了优异的成绩。,.,k.微波等离子体化学气相沉积,刻蚀,掩膜技术(MPCVD),微波等离子体CVD法可以在较低温度(365)较低气压(800Pa)条件下，使金刚石薄膜沉积在硅片石英玻璃片等基片上。该薄膜光滑透明，具有极佳的机械和电气性能。前苏联日本美国等都早已沉积出实用的大面积和厚

34、度达1mm多的金刚石膜，取得了突破性的进展。对已沉积出来的薄膜进行多种手段的检测，对其结构进行分析，证明质量较高，与天然金刚石数据非常接近。 下一步的工作是增大沉积面积，进步提高沉积厚度，为半导体集成电路，光学元器件，微波电子管零件及航空航天材料提供实用原料。我国近年来也取得了很大进展。,.,l.等离子体辅助加工技术Auxiliary processing technology of plasma,等离子体辅助加工被用来制造特种优良性能的新材料、研制新的化学物质和化学过程，加工、改造和精制材料及其表面，具有极其广泛的工业应用-从薄膜沉积、等离子体聚合、微电路制造到焊接、工具硬化、超微粉的合成、

35、等离子体喷涂、等离子体冶金、等离子体化工、微波源。 等离子体辅助加工已开辟的和潜在的应用领域包括：,.,半导体集成电路及其它微电子设备的制造工具、模具及工程金属的硬化 药品的生物相溶性包装材料的制备表面防蚀及其它薄层的沉积特殊陶瓷（包括超导材料）新的化学物质及材料的制造金属的提炼聚合物薄膜的印刷和制备有害废物的处理焊接磁记录材料和光学波导材料精细加工照明及显示电子电路及等离子体二极管开关等离子体化工(氢等离子体裂解煤制乙炔、等离子体煤气化、等离子体裂解重烃、等离子体制炭黑、等离子体制电石等),.,等离子体增强化学气相沉积制备的用于太阳能电池的非晶硅薄膜 Amorphous Si film of

36、 sun energy cell,.,由等离子体刻蚀制备的超大规模 集成电路局部Etching of large scale integrated circuit by plasma,.,m.微波等离子体炬的应用(Korea)Applications of microwave plasma torch炭粉合成装置carbon powder synthesized,.,放电用石英管外径20mm,管壁厚1.5mm,长1200mm,放电管置于另一内径为50mm长500mm的石英管中,此石英管又置于一长为500mm的炉内,炉温为900C,放电管有四个切向小孔,使注入气流成涡流状,保护放电管壁.微波功率

37、为1kW,利用三销钉调配器可使反射功率在10%以下. MPT可产生电子浓度为1013/c.c, 和6000k的高温.该装置用于制备炭粉,在不同N2及Ar比例时,由CH4制备的炭粉的X光衍射和扫描电镜照片如下图所示:,.,Ar:15 L/min; N2:0 L/min;CH4: 0.2L/minX光衍射照片FETEM,.,N2 :8 L/min;Ar:8 L/min;50%(N2/N2+Ar)透平结构(扫描电镜像)turbostratic structure,.,指纹结构onionlike structure,.,n. 微波消解技术Microwave decomposition technolo

38、gy,美国一公司曾对燃煤烟气中中SO2和NO2的微波消解进行了研究，利用活性炭作为还原剂制成炭床，再将SO2、NO2通过炭床吸附到饱和后进行微波加热，将吸附物还原成单质硫和氮气，而炭则转化为二氧化碳，NO2的去除率可达98%，而且还发现炭床循环使用多次后，它对硫及硝的吸附能力和吸附速率还有明显提高。,.,光气消解装置(Korea)Decomposition system of phosgene,.,石英管外径28mm,管內设有15kV的ac点火装置,石英管内壁上有四个切向小孔,藉以产生涡流,使火炬在中心部分保持稳定,而使其离开管壁。 在NH3和空气协同的作用下,COCl2产生离解的化学反应如下

39、,最后分解成氯气(Cl2)和HCl被除去。,.,o.微波消解PFCSMicrowave decomposition of PFCS,在半导体工业的刻蚀,印染行业,冶金工业,材料改性等含氟工艺过程中,都会产生和排出PFCS气体(CF4,C2F6,C3F8,C4F8,CHF3,SF6),这些气体对红外线有较强的吸收,在大气中停留时间较长,是一种与CO2一样的温室效应气体,是使地球变暖的重要因素。在目前的油气燃烧法,摧化剂结合放电法,介质阻挡放电法等除去PFCS过程中,能耗大,去除率低,而采用微波等离子体法的去除率可达99%以上,加入H2O,O2添加剂后,可使去除率进一步提高,是一种高效节能,无二次

40、污染,低成本的先进技术手段。,.,. 微波处理放射性垃圾技术Microwave processing of radioactive waste,牛津大学附近的哈威尔实验室研究成功一种利用微波处理放射性垃圾的新方法。此法由于熱源远离被处理的材料现场，因此可以遥控地进行，安全可靠。他们采用两级加熱过程。第一级利用微波去水，然后将硝酸盐分解成氧化物;第二级利用微波熔化氧化物，并将它们混合在一种惰性的硼硅玻璃中。 在同一实验室中，他们还发明了一种利用可移动的具有25kW输出功率的微波系统去摧毁核反应堆屏蔽物的粉碎器，其优点是不会产生任何辐射危害，具有很大的社会效益。 这项研究在日本也取得了很大进展。,

41、.,q. 微波固体废物回收处理技术Recovery processing technology of microwave solid waste,用微波焚烧废棄印刷电路板时，可回收贵金属，通常先将印刷电路板粉碎，用微波将其加热至低沸点有机物挥发或燃烧，使低熔点金属锡、铅熔化而分离出来，然后继续加热至高温，使污染物熔化成玻璃化物质，高熔点金属金、银等就分离回收加以利用，玻璃化物质可作建筑材料使用。澳大利亚科学家在旧汽车轮胎的回收和再生技术中采用微波功率方法取得了显著成效。正在准备向产业化方面过渡。,.,r.医疗垃圾的微波处理Microwave disposal of medical waste,

42、特点:效果好,无环境污染,但投资大,技术等级高. 2005年美国受世界银行委托起草向非洲诸国的援助报告.相应微波处理设备制造商共3家,即1.US; Sanitec,HG-A100,HG-A250, 产量250400 kg/h, 运行成本,US$ 0.03/kg, 价格,US$ (500000600000)2.Germany; Meteka3.Austria; Siniton,.,德国Meteka公司的灭菌微波炉Meteka disinfection microwave oven,.,s. 微波催化再生技术Microwave catalysis & recovery technology,为了治

43、理汽车特别是柴油作为燃油的汽车尾气对空气造成的污染，曾采用间接微波法进行处理，这一方法是先将一多孔性的泡沫陶瓷基体埋入尾气输出管道内，汽车排出尾气中含有许多有毒有害的极微细的碳颗粒（黑烟），由于粒径微小，密度低，易被人吸入，且颗粒表面吸附着多环芳烃等可溶性有机致癌物，己对环境及人类健康构成了严重威脅。使用滤烟器过滤，捕集尾气中的碳颗粒是目前公认的一种有效方法。如何使滤烟器中沉积的碳颗粒除去，使其再生以持续使用。采用微波的选择性快速升温（500650C）是行之有效的新技术。微波在柴油机滤烟器催化再生中的作用是极其明显和有效的。,.,t. 废气净化技术Waste air catalysis & t

44、reatment technology,其净化作用机理包含两个方面：一是在产生等离子体的过程中，高频放电所产生的瞬间高能足够打开一些有害气体分子的化学键，使之分解为单质原子或无害分子；二是等离子体中包含大量的高能电子、正负离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基，这些活性粒子和部分臭气分子碰撞结合，在电场作用下，使臭气分子处于激发态。当臭气分子获得的能量大于其分子键能的结合能时，臭气分子的化学键断裂，直接分解成单质原子或由单一原子构成得无害气体分子。同时产生的大量OH、HO2、O等活性自由基和氧化性极强的O3，与有害气体分子发生化学反应，最终生成无害产物。,.,电子科技大学(UESTC)常压大功

45、率微波等离子体火炬 MPT2450MHz 1.5kw MPT,.,(UESTC)脱硫脱硝实验装置Desulphurization & denitration experiment equipment (UESTC),.,（1）脱硝实验 denitrition experiment实验条件：载气为氮气，载气流量=2.0m3/h，NO流量=0.4 m3/h，微波功率为1.1KW。,.,（2）脱硫实验 desulphurization experiment实验条件：载气为空气，载气流量=1.0m3/h，亚硫酸夹带流量=0.3 m3/h，夹带氨气的载气从载气流量中直接分出。微波功率为1.1KW。,.,

46、next experiment 915MHz 75kw torch diameter 100mm MPT(UESTC),.,u. 微波功率的其它应用技术Other application fields of microwave power,在材料科学和工程中的其它微波功率应用有:1.废橡胶颗粒的脱硫再生技术; waste rubber reproduction2.旧汽车轮胎的制造炭黑技术; produce carbon black3.胶层或漆膜的喷涂或固化技术; solidify spray painting4.微细加工中的表面清洁、掩膜与刻蚀技术; etching5.尼龙丝或绳索的干燥或定形

47、技术; drying and formalization6.纺织品或布匹的印染固色技术; textile fixing7.印刷品或书籍的油墨干燥技术; printing ink drying8.沥青混合料的预加热技术; asphalt pre-heating9.失蜡铸造中的脱模技术; demould of investment casting10.其它。others,.,7.结束语Conclusions,微波处理材料涉及材料的一切领域,包括: 1.物质的四大形态: four morphosis: 固体,液体,气体,等离子体;2.物质的四大类別: four species: 绝缘体(电磁介质),

48、半导体,导体及超导体;3.各种加工方法: various processing methods: 加热,干燥, 焙烧,烧结,熔融, 合成,改性, 焊接,制备, 沉积,硫化, 硬化,灰化,膨化, 固化,净化, 定形,.4.各种处理环境: various processing environment: 大气,真空(低真空,高真空),冷冻,气氛,高气压,低温,高 温,超高温;5.各种处理手段与工具: various processing tools: 微波功率, 微波等离子体,微波等离子体火炬(MPT). 今后,微波在材料科学和工程中的应用将大放光彩!,.,谢 谢! thanks 2011.08.12,此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！,