[发明专利]一种含有MoSi2的微波高温加热发热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微波高温加热发热材料技术领域，特别涉及一种含有MoSi₂的微波高温加热发热材料及其制备方法，更确切地说是一种以MoSi₂作为微波吸收和高温抗氧化组分，通过成分变化和工艺控制，以获得具有优良的微波吸收和微波高温加热性能的复合材料及其制备方法，尤其适合用作高温发热体，代替传统电炉中的发热元件。 

背景技术

微波能已经越来越多的应用于加热领域，例如：食品、造纸、木材、烧结等等。实际加热应用的微波通常是频率为915MHz和2450MHz的电磁波。微波加热的简单原理是其交变电磁场的极化作用使材料内部的自由电荷重新排布及偶极子的反复调旋，从而产生强大的振动和摩擦，在这一微观过程中交变电磁场的能量转化为介质内的热能，导致介质温度升高，因此微波加热是介质材料自身损耗电磁场能量而发热。微波加热显著不同于常规加热，具有如下优点：(1)属于内加热，具有不接触性；(2)加热速度快；(3)加热效率高，可显著节能；(4)可选择性的加热物料；(5)热惯性小；(6)对化学反应具有催化作用。 

然而，物质吸收微波能的本领与该物质的复介电常数有关，即损耗因子越大，吸收微波的能力越强，因此上述微波加热的优点只是针对特定的微波强吸收材料，如：水、SiC、碳、铁氧体、AlN、部分半导体陶瓷和金属陶瓷、金属微粉，等等，本发明又将这些材料称之为微波加热敏感材料。因此微波加热也有其明显的局限性和不足：(1)微波加热的选择性导致其不能直接加热块状的金属材料，因为金属反射微波；微波也难于加热很多绝缘体材料，例如：玻璃、塑料(如：聚乙烯、聚苯乙烯等)、石英及部分陶瓷材料，因为这些材料对微波是“透明的”，它们不吸收或者较少的吸收微波能量，因此对于这些材料微波的加热效率会很低。(2)很多情况下微波加热的均匀性并不好，例如：对于有些较大的块体材料微波难于穿透，微波所携带的能量也将随着深入介质表面的距离，呈指数形式衰减；同时，微波加热的均匀性还强烈的取决于微波场分布的均匀性。 

本发明认为微波加热可以通过另外一种新型的方式实现，即：用微波首先加热上述“微波加热敏感材料”，然后再以“微波加热敏感材料”作为发热体(热源)去加热待加热的物料。目前，人们已经公开的微波强吸收材料(微波加热敏感材料)有很多，主要有：水、SiC、碳、铁氧体、AlN、部分半导体陶瓷和金属陶瓷、金属微粉，等等。但是考虑到成本问题和寿命问题，能够适合作为微波高温加热发热材料(发热体或发热元件)的却不多：水显然不适合，AlN成本太高，铁氧体、半导体陶瓷和金属陶瓷则存在成本高，或加热效果不理想，或加热温度不能过高等不足，金属微粉则存在高温氧化问题，比较常用的主要是成本相对较低的SiC和石墨(碳)。但是石墨也存在严重的高温氧化问题，因此在惰性气氛或真空环境下使用较为理想；SiC在800～1140℃温区和1550℃以上的温度下高温氧化性较差，使用寿命降低。因此， 发明一种高寿命、高使用温度和高效率的微波加热发热材料具有重要的实际意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高寿命、高使用温度和高效率的含有MoSi₂的微波高温加热发热材料及其制备方法，用其代替电阻丝、硅碳棒和硅钼棒等传统发热元件，不仅可以解决现有微波强吸收材料高温加热寿命低和加热能力差的不足，而且可以解决传统发热元件成本高、寿命低、加热速度慢等不足。 

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的：选择高温抗氧化性强和微波吸收特性优良的MoSi₂作为本发明微波高温加热发热材料的重要组分，将其和其它微波强吸收材料相互复合而制备一种含有MoSi₂的微波高温加热发热材料。本发明的加热设计思路是：利用微波首先加热上述含有MoSi₂的微波高温加热发热材料以令其迅速发热，然后再将其作为发热体(热源)通过热传递去加热待加热的任何物料，即：电能→微波能→热能→热传递。本发明微波高温加热发热材料优越的高温抗氧化性主要是源于在其表面和其它微波强吸收材料的表面形成了一薄层SiO₂或一层由耐氧化和难熔的硅酸盐组成的保护膜。本发明所述的含有MoSi₂的微波高温加热发热材料的高温抗氧化性好，且能够将微波能高效地转变为热能，特别适合用作微波高温加热发热体，代替传统电炉中的发热元件，亦可作为一种新型的微波吸收材料。