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4微波干燥陶瓷产品产生变形开裂原因和解决方法及其与传统干燥的比较曾令可罗民华黄浪欢华南理工大学详细；寸论了微波干燥造成陶瓷坯体变形开裂的原因及解决方法，并与传统干燥方法进行了比较。
中法分类号74.6+3文献标识码i前言陶瓷的传统干燥方法是相对于*近出现的微波干燥方法而言的。它般是采用热空气或烟气作介质，把热量传给待干燥的坯体，使其内部的水分受热而蒸发，同时把蒸发出来的水蒸气带走。这种热量由外向坯体内部传递而水蒸气从内向外的逆向传递为其基本特征。由这个基本特征决定了被干燥的坯体内部温度不易均匀，易产生+致的收缩而导致产品的变形或开裂。
在新兴的微波干燥技术中所用的微波是种波长极短频率非常高的电磁波，波长在1到之间，其频率在300，2至30012之间。微波作用于材料足通过空间高频电场在空间不断变换方向，使物料中挤压作用，使物料迅速发热。可，此种加热干燥方式与传统的干燥方法是完全不同的两种干燥方式。
因为陶瓷坯体中不同组分的物料分子的极性是不样的，导致了对微波吸收程度不样。般来说，物料分子极性越强，越容易吸收微波。水是分子极性非常强的物质，其吸收微波的能力远高于陶瓷坯体中的其它成分，所以水分了首先得到加热物料含水量越高，其吸收微波的能力越强，含水量降低，对微波的吸收也相应减少，当干燥器内陶瓷坯体的含水量有差沣时，含水量较高的部分会吸收较多的微波，温度高，蒸发快，因此在所十燥的物体内将起到个能量自动平衡作用，使物体平均干燥。另外，微波加热时，由于外部水分的蒸发，外部温度会略低于内部温度，热量由内向外传递，水分的转移同样由内向外，传质1传热是同向的，极大地提高了千燥速率，而传统干燥过程中，陶瓷坯体的温度梯度是外高内低，热量外向内传递，水分自内向外转移，传质与传热逆向，干燥速率大大降低。微波还可以降低水分子尤其是结合水与物料分子间的亲合力，使水分子容易脱离物料分子而向外逸散。由于这些特点，使微波非常适合于干燥然而，在微波干燥的实际故用当中也会发生产品变形开裂等缺陷这是为什么呢，2微波干燥产品变形开裂原因的理论分析理论上可以从以下个方面进行分析，首先，在微波千燥陶瓷坯体中陶瓷材料吸收微波能量的公式，为强度，1；isS介电损耗系数；材料的介电常数洲爪。
材料吸收微波能的能力取决于材料的介电常数，介屯损耗及微波电磁场中频率的大小电场的强弱；微波辐射频率，电场强度代微波方面的作用特件；当它们不变时介电损耗系数哆材料的介电常数就决定了材料所吸收的能童。
从公式1中可以看出，当微波设备所产生的电场强度不均匀和材料内部的介电常数介电损耗不均匀时，都会产生吸收的热量的不间而导致温度差，与温度差超过陶瓷坯体所能够承受的程度时，产生的热应力导致了陶瓷坯体的破坏。尤其是当部分材料的介电常数随温度忽然增大，吸收微波能忽然增大，产4热过冲现象，此时控制不好往往坯体就被破坏了其次，微波具有穿透性的特征，微波可以直接穿透尺陶瓷坯体内部，对内外均衡加热，从而大大缩短了加热时间。然而它存在个穿透深度的问，微波穿透深度计算公式为n介质损耗角因。
大通常，当频率低于兆赫时，渗透深度约为米级。因此，除非损耗因子过高，否则功率会渗透至很深。当频率接近微波加热范闱时，渗透深度相应地减少，经常相对被处理材料的尺寸量级，允典当材料很湿时，它比0大许多倍，并且在温度分布方面产生不能接受的不均匀性。
再次，对于物体在秒内所能够承受的*大不均匀度即温差上丁有如下公式1当材料的密度与比热的乘积9越大，材料所能够承受的温差就越小，较小的不均匀度就可能引起材料的破坏。
*后，从热和质量的转移现象来看，微波加热的能1是通过湿物的体积而被吸收的，因此会在材料中产生体积的热源。高频电磁能的体积吸收在适3的条件下小1会导致湿物的温度达到液体的沸点。在物体的微隙内的水分蒸发而产生的蒸气会引起内部气体压力巧蒸发发生在村料面时，由于蒸发冷却使得，温度较低，这种内外温度差别形成了温度梯度，这种梯度帮助水分向外迁移。何是，过大的能量耗散对于干燥高密度无空隙及易碎介质时是不利的，因为粘滞阻力阻止了水分向面迁移，在极端情况下，内部沸腾可以产生很高的内部压力足以使材料破裂。
从以上点的理论分析可以看出，微波干燥并不就是可以解决传统干燥出现的变形开裂等问，仍旧需要我们从各种角度考虑，提出相应的办法以解决干燥产品的变形与开裂问3微波干燥所产生缺陷的解决办法根据以理论分析可以看出，影响微波干燥的因索很多。从材料内部来看有混料不均匀导致极性分子分布不均匀含水率太高材料密度太大比热太大混入尸金属颗粒杂质以及材料的介质特性的复杂性使其不易掌握等原因。从外部来分析有微波频率选择不当微波干燥器产生的电磁场的不均匀性。微波功率控制不当外界气流过快等原因。对于如何解决产品变形开裂问可以从以上原因荇手分析，提出如下解决方法。
对于陶瓷原料要尽量粉碎，混合均匀，尤其是对于介电性能相茇较大的原料，不能使他们有较大的颗粒。
对于含水率过的陶瓷材料可以考虑先采用传统干燥方法，3材料降至个临界湿度时再用微波燥，此临界湿度标志着自由水与，缚水的边界，尽管不很明显，仍可以给我们确定干燥工艺以参考。另外，从生产成本来眷，先采用低成本系统的传统干燥方法进行干燥，既可以有效地去除水分，可以降低成本。
选用合适的微波频率。微波干燥器的频率选择要考虑以下几个因素3加工物料的体积及厚度。
由于微波穿透物料的深度与加工所用的频率直接相关，如果体积较大，厚度也较大，这些因素将导致微波不能透人物料内部进行加热，导致内外温差过大而破坏材料。此时应选择较低频率的微波。物料的含水量及损耗因子。般说来如果加工物料的含水率较大其损耗因，就较大，当物料的损耗因子大于5时，就很钉可能会出现渗透密度问，这时由于材料对微波辐射的强烈吸收，人射能量的大部分被吸收在数毫米厚的层里，而其内部则影响甚小，这就造成了不希望出现的不均匀的加热后果，此时选用频率较低的微波可以减缓影响。，投资成本。频率功率越高，微波设济就越昂陪，然而提高微波频率对改善微波加热微波频率问，根据自己的实际情况来选择。
正确进行微波设备的选型。微波干燥腔体装置有以下种形式行波加热器多模炉式加热器单模谐振腔式加热器。行波加热器应用很少，而多模炉都采用这种方式。多模加热器是借助于某拽方法从振荡源将功率耦合进来的个密封的金属箱，箱体尺寸至少在两个方向上应具有几个波长的长度，这样的箱体将在给定的频段上维持大群谐振模式。多模谐振腔的特点是结构简单，适用各种加热负载，但由于腔内存在着多种谐振模式，加热均匀性差，而且很难精确分析，完全靠实验设计。单模谐振腔加热器具有易于控制和调整，场分布简单稳定，在相同的功率下比另外两种加热器具有更高的电场强度等优点，所以适宜于加热低介质损耗的材料。但其加热区太小，比较适用于实验室小型试件样品的微波干燥或微波源功率不大改善微波电磁场的不均匀性。对1如何解决多模加热器存在的*重耍的问即微波场的不均匀性，目前人们大多采用两种方法种足在干燥过程中不断移动试样，使试样各部分所受到的平均电场强度均等；是采用模式搅拌器，周期地改变腔体1作模式，改善均匀性，但这种作用也较为有限1极近，义有人提出另外的种方法即提高工作频率，如美国的0出也；实验室采用280托！微波源，并扩人腔体，使腔体尺寸与微波波长之比大尸1形成非谐振腔实际上是谐振模式个数趋于尤限多来实现整个腔内场分布的均匀性。这种方法的缺点足设备造价高昂，运行费用大。
适当延长干燥时间，降低千燥速度。因为过快应力过大而引起材料开裂。然而这将会导致生产效率热速度是取得满意干燥效果的必要条件。
严格控制微波功率。由于微波加热具，响广，快的特性，微波加热的时滞极短，加热与升温儿乎是同时的，功率的增大立即就会导致材料的升温速度增大，所以要严格控制微波功率，尤是要防止微波功率的突然增大。这点对于损耗因子会在*高干燥温度以下突变的材料显得更甫要。损耗因子的忽然增高将导致吸收热量忽然增大，极易产生热过冲现象。
4传统干燥方法中产品变形开裂的原看看传统干燥方法的产品变形或开裂的原因及其解决方法。通过两者的对比或许会发现些有意义的结论。
传统干燥过程中造成的常缺陷主要是坯体的变形和开裂。引起干燥变形和开裂的原因卞要是由于坯体所受热量的不均匀收缩不均匀引起的，而引起干燥收缩不均匀的因素很多，可以们结为两大类。
4.1引起还体干燥不均匀的内因坯体中塑性粘土的比例不当过高和不足都会造成干燥变形和开裂。
注浆泥料的加工工艺不合理，泥料太细或太粗，颗粒级配不合理，混合不均匀都可以影响注浆后坯体的干燥质量。
坯体的器型设计不合理，结构过于复杂，坯体燥收缩引起坯体变形和开裂的原因。
对上。述原因，目前国内的工厂分别从原料的选择，坯体的配方及调整，泥浆的加工工艺或者产品器型设汁改进等几个方面进行控制调整，改变了以前单纯从千燥制度方面解决问的办法。
4.2引起坯体干燥不均匀的外部原因千燥制度设计得不合理，或者虽然设计是合理引起应力集中而开裂。在这方面虽然有先进的现代化干燥设备，但还必须有合理的适用于本厂坯体的干燥制度，才能控制坯体的千燥变形和开裂，达到提，干燥质量的目的。
坯体的各部位千燥不均匀，例如气流只问个方向流动，干燥器内部温度不均匀，石膏的垫板在个部位吸水等闪索，都有可能造成各部位干燥不均句，因此当下燥设备选定后，要控制干燥质里还有个燥操作的问。
坯体的放置不平或放置方法不妥，在，过程中出自自身的重力作用引起变形；还有由于坯体与托板之间的摩擦阻力过大，阻碍了坯体的自由收缩，当摩擦阻力大于坯体本身的抗张强度时产生坯裂。
综合上述外部原因，为了控制影响质量的因素，必须确立科学的干燥制度。
4.3干燥制度的科学化十燥制度指根据产品的质量要求确定十燥方法及K干燥过程中的各阶段的干燥速度和影响干燥速度的参数。其中包括干燥介质的温度湿度种类流量与流速等。
对干燥介质的温度湿度进行分阶段有效控制根据坯体干燥不同阶段的特性，*初采用低温，湿，逐渐升温减温，*后进入高温低湿阶段。
2对干燥介质的流速和流量进行科学控制连体的水分向外扩散的速度除了受介质的温保度影响外，在很大程度上取决于干燥介质的流速与流量，在干燥的开始阶段，为了控制千燥速度，仅要低温高湿，而且应该控制热风的流速和流量，否则也会影响坯体开裂。相反，有些产品不贫在介质温度太的场合十燥，而可以采用加大介质流速和流量来提高干燥的速度。
在设计干燥曲线时，重视对坯体临界水分的研究临界水分是坯体从等速干燥阶段向降速干燥阶段转变的转折点，即坯体干燥过程中，燥收缩娃本结束快，坯体容易开裂和变形；但如果过了临界水分点由于坯体不再收缩，也就不会产生破坏应力，故可以加快燥速度。
许多丁。厂都对本厂坯体的千燥收缩时的临界含水量进行实验测定，测出临界水分状态点，从而可以大胆地加快这点后的十燥速度。
根据不同的产品对干燥方式进行选择，从而决定不同产品的不同干燥制度例如对些壁特别厚的坯体和器型特别复杂内，空腔的坯体，为了使坯体内的热扩散湿扩散的方向，致，受热均匀，燥速度快，般在采用热风介质的间时，采用微波干燥及远红外干燥等。，5两者的比较从以上分析来看，产品的变形与开裂都是因为产品的加热不致导致温差过大，或收缩不均匀造成的。
其彩响因素即存在内部因素又存在外部因素，影响因索众多而且复杂。然而两者毕竟有着很大的不司。乜要现在以下几方面。
产生温差的木质上的不同。传统干燥，山于热流足从物体的外部向内部流人，其温度是从外部高到内部低有个明显的梯度，产品的温差是整体性的，山厂陶瓷坯体般是热的不良导体，这种温差般在锱个1燥过程中都很难消失。对于微波干燥来说，它所产生的温差是由于局部材料对微波吸收的小致导致的，这种温差是局部的，对于混料均匀的物料温度的妒衡可以很快重新建立。传统干燥所涉及到的卞要是热的传导机理，而微波干燥却是极性分子对微波吸收机理由于这个本质上的不同我们可以看到，为了使物料在干燥过程中不开裂变形，传统燥速度要受到极大的限制而在微波干燥中微波坷以穿透至物料内部，使内外同时受热，蒸发时间比常规加热大大缩短，可以*大限度的加快干燥速度，极大地提高生产效率。
由此而节约了大量的能源消耗微波能源利用率尚，对设备及环境不加热，仅对物料本身加热，运行成本比传统干燥低。
传统干燥中引起坯体干燥不均匀的内因主要是坯体中塑性粘土的比例不当泥料太细或太粗，颗粒级配不合理，混合不均匀等造成干燥变形和开裂。而微波干燥时的不均匀与塑性粘土的比例颗粒级配没有关系，主要是物料内部对微波有吸收作用的极性分f分布有关。
解决产品的变形开裂在外部控制因素上，传统干燥的是热空气或烟气的温度湿度流场等影响干燥效果的主要因素；微波干燥的是微波的频率功率电磁场的均匀性等因素。
传统干燥中的坯体的形状尺寸对干燥缺陷有很大的影响，形状越复杂尺寸越大越容易产生变形与开裂，而对于微波干燥来说则不存在这种情况。
研究解决方法时两者所涉及的研究范围明显不同。传统干燥主要涉及的是材料学流体学传热传质学14，微波干燥除了上述学科之外还包括微波电子学微波技术与工程电介质物理学。
6结论综合以上分析可以看出，微波干燥并不是不出现坯体的变形开裂问，它只是将种形式的矛盾转化成另种矛盾。这种矛盾的转换造成了坯体开裂问原因在本质上的不同，内外影响因素都不同，由此，解决方法也就有极大的区别。而微波干燥的局部温差引起的坯体的变形开裂的情况要远远好于传统干燥时造成物料整体上的温差所造成的坯体的缺陷。
1曾金芳。微波在复合材料领域中的研究与应用。固体火箭技2张兆镗，钟若青编译。微波加热技术基础。北京电子工业出3曾令可等。油烧辊道窑预干燥带干燥过程微观数学模型。陶4曾令可等。辊道窑预干燥带干燥过程的宏观数学模型。陶
