Принципиальные преимущественные отличия СВЧ обработки материалов в промышленности

Микроволновая обработка материалов — это технология, которая может предоставить промышленности материалов новый, мощный и значительно отличающийся от известных инструмент для нагрева и обработки материалов, которые не поддаются обычным средствам тепловой обработки или средствам улучшения эксплуатационных характеристик существующих материалов.

СВЧ излучение, микроволны — это электромагнитные волны в диапазоне частот от 300 МГц (3 × 108 колебаний / с) до 300 ГГц (3 × 1011 колебаний в секунду). Промышленная микроволновая обработка обычно осуществляется на частотах выделено для промышленного использования, 915 МГц, 2,45 ГГц, 5,8 ГГц и 24,124 ГГц.

Первые применения СВЧ

Исторически применение СВЧ впервые было применено во время второй мировой войны в радиолокационных системах. Полезность микроволн в нагреве материалов была впервые признана в 1946 году. Компания Raytheon представила первую микроволновую печь в 1952 году. За последние два десятилетия микроволновые печи приобрели широкую популярность и продаются в объемах более 60 миллионов штук в год.

Несмотря на эту успешную историю и широкое использование, СВЧ все еще остается недостаточно востребовано в промышленности, в технологиях, которые не совсем изучены с точки зрения промышленных микроволновых печей и их использовании.

Текущее состояние технологий СВЧ нагрева

Текущее состояние технологии микроволновой обработки материалов в промышленности имеет значительный потенциал для развития. Применение СВЧ дает результаты по изменению свойств материалов, которые являются уникальными или улучшенными по сравнению с обычной обработкой. Значительно экономится энергия и пространство.

По всему миру в течение многих лет делаются большие инвестиции в развитие систем микроволновой обработки для широкого спектра применения продукта. Как правило, микроволновые системы обработки состоят из источника СВЧ, системы подачи энергии на образец и системы управления нагревом. СВЧ генераторы обычно представляют собой вакуумные трубки, но иногда используются твердотельные устройства.

Характерные особенности СВЧ излучения при нагреве материалов

Магнетрон самый популярный микроволновый источник в практических применениях обработки материалов. Микроволновая энергия подается на образцы через микроволновые волноводы. Наиболее распространенными волноводами являются многомодовые (например, домашние печи), где многочисленные частоты возбуждаются одновременно и одномодовыми, где возбуждается одна резонансная частота.

Контроль температуры в процессах СВЧ микроволнового нагрева, как правило, осуществляется путем изменения интенсивности питания или через импульсные источники. Микроволны СВЧ излучения обладают рядом характеристик, которые недоступны при обычной обработке материалов, в том числе:

• проникающее излучение;
• контролируемые распределения электромагнитного поля;
• быстрый нагрев;
• избирательный нагрев материалов за счет дифференциального поглощения;
• самоограничивающиеся реакции.

Эти характеристики, по отдельности или в сочетании, представляют возможности и преимущества, которые не доступны в традиционных методах нагрева или обработки и предоставляют альтернативы для обработки широкого разнообразия материалов, включая резину, полимеры, керамику, композиты, минералы, почвы, отходы, химикаты и порошки.

Сложности внедрения микроволновых технологий

Особенности СВЧ микроволн также могут столкнуть промышленность с некоторыми проблемами, делая некоторые материалы сложно доступными для обработки.

Во-первых, это объемные материалы со значительной ионной или металлической проводимостью, которые не могут быть эффективно обработаны из-за недостаточного проникновения микроволновой энергии.

Во-вторых, изоляторы с низкими диэлектрическими потерями, которые трудно нагревать при комнатной температуре из-за их минимального поглощения падающей энергии.

Наконец, материалы с диэлектрической проницаемостью или коэффициентами потерь, которые быстро изменяются с температурой во время обработки. Такие материалы могут быть восприимчивы к неравномерному нагреву. Хотя использование изоляции или гибридного нагрева может улучшить процесс в условиях стабильного микроволнового нагрева, но все-таки тепловая обработка этих типов материалов проблематична.

Причины медленного внедрения и развития СВЧ в промышленности

Обнаружено, что успехи развития микроволновых СВЧ технологий, которые были реализованы в коммерческом секторе, стали возможны потому что есть неоспоримое преимущество для использования микроволновой энергии. Отказ от применения СВЧ почти всегда был результатом простых, объяснимых причин, например, попытка обработать материалы, не способствующие микроволновому поглощению или пытаясь использовать оборудование, которое не было оптимизировано для конкретного материала и применения.

Наиболее вероятные кандидаты на будущие производственные приложения будут в полной мере использовать уникальные характеристики микроволн. Например, ускорение химических реакций с обратными температурными градиентами, которые можно установить с помощью СВЧ микроволн.

Полимеры, керамика, композитные процессы соединения и каталитические процессы осуществляются путем селективного микроволнового нагрева. Порошковый синтез наночастиц может в полной мере использовать преимущества быстрого микроволнового нагрева для получения уникальных составов при небольших размерах частиц. Ускорение процессов термопластичного композитного ламинирования и композитной пултрузии быстрым и объемным нагревом и способностью адаптировать диэлектрические свойства материала к микроволновым СВЧ процессам. Потенциал, обеспечивающий портативность и удаленность обработки также делает микроволновую обработку привлекательной для технологий переработки отходов и рекультивации.

Экономические преимущества СВЧ технологий

Из-за высокой стоимости микроволновых генераторов и СВЧ оборудования, при относительно низкой эффективности электроэнергии для применения в обогреве, экономию обычно объясняют факторы, отличные от энергетических затрат. К таким факторам относятся экономия времени процесса нагрева, увеличение производительности процесса нагрева, получение уникальных возможностей нагрева и экологическая совместимость.

Наши контакты

Раб. тел/факс: (812) 493-20-71
Электронная почта: info@vritm.ru
Открыть контакты и реквизиты компании