微波干燥設備在陶瓷中的應用

蜂窩陶瓷作為一種功能性多孔材料，早在20世紀70年代就由美國康寧(Corning)公司開始試制，并在1975年進行了小型車尾氣凈化試驗，取得了良好的效果。與傳統的顆粒狀陶瓷載體相比，多孔狀蜂窩陶瓷載體具有幾何表面大、擴展距離短、有利于反應物的進入和生成物的排出，并可縮小反應器的體積等優點。因此，蜂窩陶瓷特別適用于汽車尾氣的處理、煙道氣的凈化、蓄熱體以及紅外輻射燃燒板等方面的應用。

微波的波長在1mm～1m之間，頻率在3.0×102~3.0×105 MHz之間（見圖1），具有穿透性的一種電磁波。目前，國內外微波干燥技術已在輕工業、食品工業、化學工業、農業和農產品加工等領域得到應用。具體在造紙、陶瓷、木材、食品、瀝青、污水處理、表面活性劑、香料、礦石、藥物、混凝土、涂料、油漆等方面已開始研究和應用。

蜂窩陶瓷由于成形時水分較多，孔隙多，且坯體內孔壁特別薄。因此，采用傳統的方法會導致加熱不均勻，極難干燥；由于蜂窩陶瓷導熱系數差，其干燥過程要求特別嚴格（如環保汽車、蓄熱體、紅外輻射燃燒板等方面的蜂窩陶瓷）。如果干燥過程控制不好，易導致變形，以及影響孔隙率和比表面積。

目前，蜂窩陶瓷的干燥方式有自然干燥法、遠紅外干燥法、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窩陶瓷干燥時存在表面與內部干燥速度不一致的問題；同時，也解決了坯體干燥前強度低、搬運困難，干燥后易開裂等問題。

2.微波干燥技術的特點

微波干燥的原理：采用微波照射濕坯體，電磁場的方向和大小會隨時間作周期性變化，使坯體內極性水分子隨著交變高頻電場的變化，產生劇烈的轉動，然后發生摩擦轉化為熱能，使得坯體整體均勻升溫，達到干燥的目的。微波照射的穿透能力遠比紅外線大。微波干燥的特點可歸納為以下四點：

2.1 加熱快速、均勻

與普通方法相比，由于微波對吸收介質有較強的穿透能力，熱量不必從表面傳遞到物料內部，而是直接將能量作用于整體物料，在物料內部瞬時轉化為熱量，大大縮短了加熱時間。

2.2 加熱的選擇性

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

2.3 熱效率高、節約能源

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，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、節約能源的作用。

2.4 反應靈敏、易控制、產品質量高

在微波干燥時，由于表面的對流換熱，物料表面溫度低于中心，在物料的表面很少出現溫度過熱和結殼的現象，有利于水分的蒸發。利用風熱或蒸汽進行表面加熱，有利于坯體的加熱均勻，從而降低了產品不合格率。能量的輸出大小可以通過電源開關的控制來實現，以提高產品質量。

3.蜂窩陶瓷的干燥工藝過程

3.1 陶瓷坯體的水分與干燥的關系

陶瓷生坯內的水分有三種：一是化學結合水，是坯料物質結構的一部分；二是吸附水，是坯料顆粒所構成的毛細管中吸附的水分，吸附水膜厚度相當于幾個到十幾個水分子；三是游離水，游離于坯料顆粒間。坯體干燥時，游離水極易排出。隨著周圍環境的濕度與溫度的不同，吸附水也有部分在干燥過程排出。干燥后坯體吸附水的含量取決于坯料組成、環境的條件和放置時間的長短。

3.2 干燥過程與生坯的變化關系

坯體排出水分可分為兩個途徑：蒸發生坯表面的水分擴散到周圍介質中去，為外擴散；水分由生坯內部遷移到表面，為內擴散。在內、外擴散的過程中需吸收一定的能量。隨著生坯含水率降低，一般干燥過程可分為：預熱階段、等速干燥階段、降速干燥階段與平衡狀態.

發布于2018-07-02