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碳化硅和复合氧化物基辐射吸收陶瓷-【新闻】

发布时间:2021-05-28 10:11:15 阅读: 来源:转子泵厂家

碳化硅和复合氧化物基辐射吸收陶瓷

1微波加热陶瓷的特点

在过去的十几年中,世界一些国家已开始把利用微波能煅烧或烧结陶瓷作为一个主要研究领域。对普通炉选择微波能的一个优点是:可以直接在被加热制品范围达到高温,并且能克服因一般性传热(辐射传热)引起的某些问题。在普通加热条件下,热量在到达陶瓷制品外表后依靠导热性传至中心部位。微波加热的一个重要特性是体积效应,热量随着温度的上升均匀地分布于陶瓷体内。由于这一效应,制品内的热应力减少,并能挤出气体杂质,从而使制品快速烧结。能量的体积释出为降低热工设备的能耗和提高其生产效率创造了条件。

2辐射吸收陶瓷及其特征

目前,在超高频动力技术中,极为重视辐射吸收陶瓷的研制与开发。这种陶瓷可用于制作马弗微波炉的加热元件、过量微波辐射的吸收涂层及作生产家用微波炉用特种器皿的成分等。辐射吸收陶瓷应显示介电性能,在仅使用微波能的条件下该性能利于陶瓷材料的高温加热。介电陶瓷材料参与各种氧化物、碳化物、氮化物和纳米氧化物化合物,按制取工艺方法划分陶瓷的类型。从结构角度而言,这类材料被视为由以下三种相混合成的非均质材料:

结晶相是多数相,决定介电性能;

非晶相是结晶材料间的粘接相,可引起电磁能的损耗;

陶瓷孔隙中的气相作为介电常数极小的夹杂物参与。

微波辐射对纳米粉体制材料的烧结尤为重要,脉冲加热降低制品颗粒再结晶的概率并有助于优质材料的制得。

3辐射吸收陶瓷用原料及制备工艺

使用经酸解法由白钛石精矿氰化物提取的工业碳化硅作制取陶瓷的原料。酸解这种氰化物后的工业碳化硅含(Wt%):82.45SiC、6.44Fe3Si、2.0Ti、2.42Al。还使用有白钛石精矿,其中含(Wt%):45~50TiO2、35~40SiO2、2.4~2.5Al2O3、2.1~2.3Fe2O3,其余为杂质。就相组成来说,白钛石精矿是一种TiO2(金红石和少量锐钛矿)和Si

2(主要为含少量鳞石英的石英)的混合物。

将不同粒度组成的粉体材料装入电波辐射透明材料(石英)舟皿内,并将舟皿置入马弗微波炉(功率600W,频率2450MH2)。当使用由250~125μm和125~80μm粒度的白钛石精矿、200~160μm和160~80μm粒度的SiC构成的试样时,达到了最高升温速度。继而,根据这一结果制取了不同化学组成的辐射吸收陶瓷。

配制初始粉体时的SiC和白钛石比例如下(Wt%):0/100、10/90、20/80、30/70、35/65、40/60、50/50、60/40、70/30、80/20、90/10、100/0。采用导电性低和介电损耗小的超高频瓷作粘合剂,引入试样坯料的5WT%,达到最佳湿度。在80Mpa压力下成型试样,该压力是制取辐射吸收陶瓷的最佳压力。

试样制成后,先于空气中干燥24h,而后在1300℃的空气气氛中用电炉烧结,保温2h,加热和冷却速度均为5℃/min。1300℃是试样烧结和消除压制材料晶格内应力的最佳温度。

4辐射吸收陶瓷的化学组成和介电性能

经分析表明,陶瓷试样中拥有碳化硅、氧化钛、氧化硅、氧化铝和硅化钛。气孔率与SiC含量成比例地提高。

当SiC含量分别为30%~35%和90%~100%时,具有最大的介电损耗值0.065~0.075和0.065~0.060。SiC为90%~100%时介电损耗之所以高,是因为碳化硅是一种结晶电介质。含高量白钛石精矿的试样则完全是另一种情况。陶瓷在电磁场加热后,试样内明显形成了致密黑心。含30%~35%SiC并具有较高介电损耗值的陶瓷是极好的辐射吸收材料,也同含100%SiC的陶瓷一样拥有很高的加热速度,只是其工质可能会有电击穿的危险,转入高温的平稳度也稍逊于后者。

5辐射吸收陶瓷于马弗微波炉的应用采用上述辐射吸收陶瓷材料批量生产了马弗微波炉用的加热器,其性能如下:粗糙度,RA1.6密度,g/cm32.1~2.2开口气孔率,%23.0~23.15工作温度范围,℃20~1200于2450MHz频率时的介电常数:实数部分17.2最小部分1.25达到工作温度的时间:650℃3~4′800℃7~8′1200℃15~20。

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