微波加熱是一種通過介質與微波間的相互作用使微波能轉化成熱能的加熱方法，具有體積加熱、選擇性加熱以及非接觸性加熱等優點，已被廣泛應用于冶金工程、陶瓷燒結、化學工程和食品加工等眾多領域。由微波傳輸的路徑可知，微波首先需穿透爐襯和容器透波材料才能與物料作用，因此爐襯和容器用透波材料的透波性能對微波加熱模式和效率均具有重要影響。

微波加熱裝置示意圖

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為保證微波加熱設備的高效性，透波材料不僅要具有耐火度高、高抗熱震性和穩定性好等性能，還需具備較低的反射系數和能量損耗。因此，在微波加熱過程中，容器和保溫用透波材料常選用低介電、低損耗材料，以此來達到高效傳輸微波能的目的。

幾種常見材料的介電特性

一、容器用透波陶瓷材料

目前，容器用透波材料主要是陶瓷基材料，主要分為高溫透波材料和中、低溫透波材料兩大類。

1.高溫透波材料體系

高溫透波材料一般具有高抗熱震性、抗氧化性、穩定性好、力學性能好等優異性能，可分為陶瓷基復合材料和聚合物基復合材料，其中陶瓷基復合材料包含氧化物體系、氮化物體系；聚合物基復合材料包含硅酸鹽體系、磷酸鹽體系。

（1）氧化物陶瓷體系

微波加熱用透波材料常用的氧化物主要有熔融石英、微晶玻璃、氧化鋁基陶瓷等。其中，熔融石英因其原子三維結構交叉鏈接、長程無序，故具有穩定的化學性、高抗熱震性和優異的介電性能；氧化鋁基陶瓷在高溫下幾乎完全轉化成α-Al₂O₃，且在高溫下可電離出離子晶體，由于其離子鍵鍵能很大，故具有介電損耗低、機械強度高和化學穩定性好等優點，尤其是剛玉在高溫下穩定，且具有化學惰性和非常好的微波透過性能。

二氧化硅通常被認為是微波透明材料，因為它在室溫下吸收能力差，透波性能較好；氧化鋁陶瓷資源豐富，價格低廉，機械強度高，且具有良好的絕緣性和化學穩定性，被廣泛應用于航天器天線罩、天線窗和微波加熱領域。但是當溫度高于800℃后，二氧化硅和氧化鋁材料的介電參數會逐漸增大，吸波能力增強，透波性能變差。

氧化鋁坩堝

（2）氮化物陶瓷體系

氮化物因其具有較高的原子結合度且都以共價鍵結合，故具有較好的熱穩定性、抗熱震性。氮化物陶瓷分為氮化硼、氮化硅、氮氧化硅及新型的Si-B-O-N系等材

料，氮化硼和氮化硅并不是微波應用中常見的材料，但是兩者對微波都表現出很好的透波性能、抗熱震性和化學穩定性。

氮化物透波材料在微波加熱中主要用于容器材料和耐火材料的選取，但是由于氮化硼和氮化硅材料價格比較昂貴，在微波加熱實際應用中比較少見，可以考慮用熱壓氮化物或者其復合材料代替。

（3）硅酸鹽陶瓷體系

目前可作為高性能硅酸鹽基復合材料的有莫來石、堇青石-莫來石、云母片等。在硅酸鹽基復合材料的晶體結構中，最基本的結構單元是Si-O絡陰離子，由于結構中的原子堆積密度較大，因而具有耐高溫、硬度大、熔點高等特點。莫來石具有高抗熱震性、穩定性強、經濟實惠等特性，目前在微波加熱中應用比較廣泛，可作為微波加熱耐火材料。

在微波加熱中，常見的硅酸鹽透波材料有莫來石和剛玉-莫來石等耐火材料，屬于優質的耐火材料，因其具有膨脹均勻、高抗熱震性、化學穩定性好、硬度大、抗化學腐蝕性好等特點，多被用于微波窯爐的耐火爐襯。

莫來石爐襯耐火材料

2.中、低溫透波材料體系

中、低溫透波材料在中低溫環境下具有較低的介電常數和介電損耗，可按不同的需求應用到中低溫微波加熱過程中。微波加熱常用中、低溫透波材料有聚四氟乙烯、樹脂基復合材料等，其中聚四氟乙烯因其具有較低的介電常數、介電損耗和較好的化學穩定性等，常被用作支撐架、傳送帶和絕緣保護層等部件的主要選材，是應用范圍最廣的透波材料之一。而增強樹脂基復合材料在航空航天領域應用較廣，但是在微波加熱領域的應用相對較少。

二、保溫用透波材料

微波加熱保溫用透波材料主要在支撐體、保溫層和爐襯方面應用較多，保溫用透波材料主要為多種纖維制品，如纖維棉、纖維毯和纖維板。其中陶瓷纖維制品因品種多，保溫透波性能和耐高溫性能良好，在微波加熱領域中使用范圍最為廣泛。

陶瓷纖維主要分為結晶態纖維和非結晶態纖維，結晶態纖維的內部原子結合以離子鍵為主，存在部分共價鍵，因此具有耐高溫、耐腐蝕等優良性能；非結晶態纖維內部主要由高鍵能的共價鍵結合，因此具有抗氧化、耐磨等優異性能。

氧化鋁纖維

微波加熱用保溫材料有硅酸鋁纖維板、多晶莫來石纖維板、氧化鋁纖維板等。其中，硅酸鋁纖維板具有重量輕、熱導率低、熱穩定性好等優點，經常被用作中低溫工業微波窯爐的爐襯、高溫高壓蒸汽管道的絕熱材料、耐火建筑的防火材料等。多晶莫來石纖維板因其具有較好的高溫穩定性、抗熱震、抗侵蝕、低熱容等優點而被廣泛用于中高溫微波窯爐的絕熱內襯。

硅酸鋁纖維板

目前在微波加熱用保溫材料的應用大都是以傳統磚襯為主的保溫層，主要以單層保溫材料來研究，對多層復合保溫層透波材料的研究較少。

總結

目前，實際應用中還存在很多直接采用傳統非微波窯爐專用隔熱爐襯的情況，由于材料介電性能的溫變特性，傳統爐襯可能會吸收大量的微波而快速升溫，進而導致熱失控。隨著微波加熱技術的不斷推廣，對容器和保溫用透波材料的性能要求也在不斷提高，微波加熱用透波材料的發展限制了微波反應器的應用范圍。在材料研究方面，微波加熱用容器和保溫透波材料以后的發展方向可能有以下幾個方面：（1）探究昂貴材料的替代品；（2）探索新的透波材料制備技術；（3）研究開發新型的容器和保溫材料。

參考來源：

1.微波加熱用透波材料的研究進展，白永珍、尚小標、劉美紅、魏聰、張富程、肖利平、李廣超、陳君若（化工進展）；

2.高溫透波陶瓷材料研究進展，蔡德龍、陳斐、何鳳梅（現代技術陶瓷）；

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