一種微波加熱裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及微波領(lǐng)域，具體涉及一種微波加熱裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波具有對(duì)某些材料進(jìn)行選擇性加熱、加熱速度快、加熱均勻、穿透性強(qiáng)、熱慣性小等優(yōu)點(diǎn)，將微波技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合材料固化領(lǐng)域，能顯著減少固化時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，獲得優(yōu)異的制品性能，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br>[0003]國(guó)內(nèi)外已在復(fù)合材料固化領(lǐng)域展開(kāi)了大量研究，并取得了豐碩的成果。但這些研究存在一個(gè)共同的特征，復(fù)合材料均是直接暴露于微波場(chǎng)中完成固化。如中國(guó)專利申請(qǐng)CN201410295387提供一種微波-壓力固化復(fù)合材料的溫度均勻分布方法及成套固化裝置，所述方法是在壓力容器罐體中采用多邊形腔體使得微波在腔體中發(fā)生多次反射，提高微波入射到復(fù)合材料的均勻性。同時(shí)在腔體的前后設(shè)置波導(dǎo)窗，氣體介質(zhì)可流動(dòng)到腔體中，與復(fù)合材料發(fā)生對(duì)流換熱，進(jìn)一步提高材料的溫度均勻性，并可實(shí)現(xiàn)壓力容器內(nèi)的氣體在復(fù)合材料加熱固化時(shí)施加壓力。所述的裝置主要包括多邊形腔體和電磁屏蔽窗。本發(fā)明可提高復(fù)合材料構(gòu)件的溫度均勻性，降低微波固化復(fù)合材料構(gòu)件的翹曲變形。
[0004]在對(duì)復(fù)合材料制件進(jìn)行加熱時(shí)，因其本身屬于熱的不良導(dǎo)體，因而若采用傳統(tǒng)加熱方式則制件的中心升溫慢而周邊升溫快，而若采用傳統(tǒng)的微波方式進(jìn)行均勻加熱則極有可能導(dǎo)致制件中心散熱慢而過(guò)熱，而即使同時(shí)使用微波方式和傳統(tǒng)方式對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行加熱，也都會(huì)使得加熱固化情況不能良好的受控。因此，本領(lǐng)域需要針對(duì)這種情況而開(kāi)發(fā)一種特別的微波加熱裝置及微波加熱方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明提供一種微波加熱裝置，包括微波發(fā)生器、微波腔、微波局部屏蔽件和測(cè)溫裝置，所述微波發(fā)生器向微波腔內(nèi)發(fā)送微波，微波腔內(nèi)用于放置吸波材料，所述微波局部屏蔽件位于微波腔內(nèi)且用于覆蓋在吸波材料的外表面，所述微波局部屏蔽件由屏蔽微波區(qū)和透過(guò)微波區(qū)組成，所述透過(guò)微波區(qū)包含一條或多條縫隙使得微波腔內(nèi)的微波能從縫隙處進(jìn)入吸波材料中而被其吸收;所述測(cè)溫裝置包含測(cè)溫頭和測(cè)溫傳輸線，所述測(cè)溫頭設(shè)置在微波局部屏蔽件內(nèi)側(cè)的吸波材料中，所述測(cè)溫傳輸線一端與測(cè)溫頭連接，另一端引出至所述微波腔外側(cè)。
[0006]本發(fā)明方案中，在對(duì)吸波材料的加熱性能以及本發(fā)明所述微波加熱裝置(微波局部屏蔽件)的性能熟悉之前，均需要使用測(cè)溫裝置4來(lái)研究和探求一個(gè)合適的吸波材料的加熱或固化方法。而在研發(fā)人員對(duì)上述性能均掌握清楚后，則無(wú)需再在吸波材料中設(shè)置測(cè)溫頭，此時(shí)通過(guò)及時(shí)調(diào)節(jié)微波功率即可實(shí)現(xiàn)對(duì)吸波材料的可控的定點(diǎn)加熱和固化。本發(fā)明中，在所述吸波材料(如碳纖維與樹(shù)脂的復(fù)合材料)加熱固化后，因測(cè)溫頭無(wú)法再取出而會(huì)在產(chǎn)品中形成一個(gè)小的瑕疵點(diǎn)。因而在實(shí)驗(yàn)室探究出各測(cè)溫點(diǎn)與本發(fā)明中微波加熱裝置的對(duì)應(yīng)關(guān)系后形成經(jīng)驗(yàn)參數(shù);工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，均通過(guò)所述經(jīng)驗(yàn)參數(shù)調(diào)控微波頻率即可，而不再需要在所述復(fù)合材料中設(shè)置測(cè)溫頭，從而避免在產(chǎn)品中形成小的瑕疵點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明還提供一種微波加熱裝置，包括微波發(fā)生器、微波腔和微波局部屏蔽件，所述微波發(fā)生器向微波腔內(nèi)發(fā)送微波，微波腔內(nèi)用于放置吸波材料，所述微波局部屏蔽件位于微波腔內(nèi)且用于覆蓋在吸波材料的外表面，所述微波局部屏蔽件由屏蔽微波區(qū)和透過(guò)微波區(qū)組成，所述透過(guò)微波區(qū)包含一條或多條縫隙使得微波腔內(nèi)的微波能從縫隙處進(jìn)入吸波材料中而被其吸收;所述透過(guò)微波區(qū)的面積占整個(gè)微波局部屏蔽件面積的30 %或以下。
[0008]本發(fā)明還提供一種微波加熱裝置，包括微波發(fā)生器、微波腔和微波局部屏蔽件，所述微波發(fā)生器向微波腔內(nèi)發(fā)送微波，微波腔內(nèi)用于放置吸波材料，所述微波局部屏蔽件位于微波腔內(nèi)且用于覆蓋在吸波材料的外表面，所述微波局部屏蔽件由屏蔽微波區(qū)和透過(guò)微波區(qū)組成，所述透過(guò)微波區(qū)包含一條或多條縫隙使得微波腔內(nèi)的微波能從縫隙處進(jìn)入吸波材料中而被其吸收;所述微波腔上含有一個(gè)或多個(gè)由金屬蜂窩板構(gòu)成的通風(fēng)窗或通風(fēng)墻，用于在屏蔽微波的同時(shí)可使得微波腔內(nèi)外側(cè)氣流暢通。所述通風(fēng)窗是指微波腔的側(cè)壁、底板和頂板上面積的一部分由金屬蜂窩板構(gòu)成。而所述通風(fēng)墻是指微波腔的側(cè)壁、底板和頂板中至少有一面全部由金屬蜂窩板構(gòu)成，例如微波腔的側(cè)壁、底板和頂板整體全部由金屬蜂窩板構(gòu)成。
[0009]當(dāng)微波腔內(nèi)的吸波材料不僅需要定點(diǎn)或定向加熱固化，還需要同時(shí)進(jìn)行熱壓整體同步加熱固化時(shí)，使用該裝置可以實(shí)現(xiàn)微波定點(diǎn)加熱與熱壓罐整體加熱同時(shí)進(jìn)行的加熱或固化效果。
[0010]因此，本發(fā)明提供一種新的微波加熱裝置及微波加熱固化方法，使得微波可以針對(duì)復(fù)合材料制件的局部進(jìn)行優(yōu)先加熱和固化，使得加熱固化過(guò)程整體均勻可控，從而得到尚性能的制件廣品。
[0011]本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉地，微波通常呈現(xiàn)穿透、反射和吸收三個(gè)基本特性。對(duì)于玻璃、部分塑料和陶瓷，微波幾乎是穿越而不被吸收;對(duì)于水和食物等吸波材料就會(huì)吸收微波而使其自身發(fā)熱；而對(duì)金屬類物質(zhì)，則會(huì)反射微波。自然界中到處都有微波，但存在于自然界的微波，因?yàn)榉稚⒉患?，故不能用于加熱物品。微波爐是利用其內(nèi)部的磁控管，將電能轉(zhuǎn)變成微波，例如以2450MHZ的振蕩頻率穿透食物，當(dāng)微波被吸波材料吸收時(shí)，吸波材料內(nèi)的極性分子(如水、脂肪、蛋白質(zhì)、糖等)即被吸引以每秒24億5千萬(wàn)次的速度快速振蕩，這種震蕩的宏觀表現(xiàn)就是吸波材料被加熱了；這就是微波加熱的大致原理。
[0012]本發(fā)明中，所述吸波材料是指該材料中至少有一種組分能吸收一定頻率的微波。本領(lǐng)域技術(shù)人員能理解的，本發(fā)明中，微波能從縫隙處進(jìn)入吸波材料中而被吸波材料定點(diǎn)吸收，所述定點(diǎn)吸收的概念是宏觀的定點(diǎn)概念，也就是使用本發(fā)明中提供的裝置對(duì)吸波材料加熱時(shí)，并不會(huì)只對(duì)某個(gè)點(diǎn)進(jìn)行加熱，而是對(duì)某個(gè)指定的區(qū)域進(jìn)行加熱。
[0013]在一種具體的實(shí)施方式中，所述微波發(fā)生器的功率可調(diào)節(jié)，優(yōu)選其功率線性可調(diào)，例如在100?600w間均線性可調(diào)。所述微波發(fā)生器的功率例如可以在1500w以內(nèi)均可調(diào)節(jié)，在一種具體的實(shí)施方式中，所述微波發(fā)生器的功率在100?600w間為更常用的功率。
[0014]在一種具體的實(shí)施方式中，微波腔內(nèi)還設(shè)置有懸空固定在微波腔的側(cè)壁、底板或頂板上且用于放置吸波材料的透波板，所述縫隙開(kāi)在所述微波局部屏蔽件的底部，且微波發(fā)生器位于微波腔內(nèi)的頂部。如此設(shè)置方式使得來(lái)自于微波發(fā)生器I中的微波并不直接從縫隙處進(jìn)入吸波材料中，而是經(jīng)過(guò)在微波腔內(nèi)的均勻分散后再?gòu)目p隙進(jìn)入吸波材料中；使得本發(fā)明提供的微波定點(diǎn)加熱方法更為穩(wěn)定可控;且微波發(fā)生器置于微波腔頂部還便于操作。
[0015]在一種具體的實(shí)施方式中，微波頻率為2450±50兆赫或915±25兆赫，且所述縫隙的長(zhǎng)寬比為2 2: I，優(yōu)選25:1，更優(yōu)選210:1。當(dāng)然，所述微波頻率還可以是433兆赫或5800兆赫等用于工業(yè)加熱的常用頻率。優(yōu)選地，所述縫隙的長(zhǎng)度為2 20mm，優(yōu)選2 40mm，更優(yōu)選
280mm，且縫隙的寬度為I?30mm。本發(fā)明中，微波頻率為2450兆赫或915兆赫時(shí)，二者的波長(zhǎng)分別為12.245cm和32.8cm。本發(fā)明中，微波能穿過(guò)比微波波長(zhǎng)更短的所述縫隙，但微波不能透過(guò)直徑小至一定程度的孔，