本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料成型技術(shù)，尤其是一種復(fù)合材料微波成型技術(shù)，具體地說(shuō)是一種能提高微波諧振腔電磁場(chǎng)分布均勻性的方法及微波諧振腔結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

先進(jìn)復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比模量高、抗疲勞性能好、耐腐蝕性能好和整體成型性好等許多優(yōu)異特性，飛機(jī)上大量應(yīng)用復(fù)合材料不僅可以明顯地減輕飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量，提高飛機(jī)的性能，還可以大大減少零部件數(shù)量，簡(jiǎn)化工裝、利于進(jìn)行大部件組裝，加快制造周期。應(yīng)用部位由次承力結(jié)構(gòu)向主承力結(jié)構(gòu)過(guò)渡，目前復(fù)合材料已廣泛用于各種操縱面、機(jī)翼和機(jī)身等主承力部位。復(fù)材在復(fù)雜曲面構(gòu)件上的應(yīng)用越來(lái)越多，如進(jìn)氣道、機(jī)身段、壓力隔框等。構(gòu)件向整體成型、共固化方向發(fā)展，可以明顯減少零件、緊固件和模具的數(shù)量，大幅度地減少裝配工序，是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減重的重要措施，也是降低成本的一種有效方法。

目前，先進(jìn)復(fù)合材料的主要成型工藝是熱壓罐固化工藝。將復(fù)合材料與成型模具封裝后送入熱壓罐中，加溫加壓固化成型。熱壓罐固化工藝以熱傳導(dǎo)方式加熱復(fù)合材料，復(fù)合材料內(nèi)部的溫差大；罐體內(nèi)所有材料包括氣體介質(zhì)均需加熱至高溫，能耗高，固化周期長(zhǎng)、效率低。微波固化復(fù)合材料工藝是一種極有潛力替代熱壓罐的工藝技術(shù)，能內(nèi)外同時(shí)均勻加熱復(fù)合材料，加熱速度快。微波固化過(guò)程中，只加熱復(fù)合材料，罐內(nèi)其他材料與氣體介質(zhì)均不加熱，能耗低，固化周期短，效率高。

微波具有加熱速度快、溫度易于控制、能耗低、選擇性加熱、能夠?qū)Υ笮筒⑶逸^厚的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件進(jìn)行加熱等優(yōu)點(diǎn)，已在工業(yè)領(lǐng)域和生活領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。然而微波諧振腔的四周均為金屬材料，傳輸過(guò)程中微波會(huì)在金屬壁面反射。入射波與反射波通過(guò)疊加進(jìn)一步形成駐波。在加熱過(guò)程中，固定駐波的波節(jié)和波腹會(huì)在被加熱對(duì)象上形成溫度的冷點(diǎn)和熱點(diǎn)，從而導(dǎo)致被加熱對(duì)象溫度分布不均，200mm尺寸零件的局部溫差甚至高達(dá)到60℃，從而成為限制微波加熱發(fā)展的主要瓶頸。為解決上述問(wèn)題，現(xiàn)有的做法是采用多路微波源、模式攪拌器等方法以避免在某一區(qū)域形成固定的冷點(diǎn)和熱點(diǎn)分布。然而，多路微波源雖然一定程度上改善微波場(chǎng)的均勻性，但是由于微波源的數(shù)目受微波諧振腔尺寸和成本的限制，只能一定程度改燒原有的電磁場(chǎng)，無(wú)法有效提高電磁分布均勻性。模式攪拌器通過(guò)反射微波以避免形成單一的電磁場(chǎng)分布，與多路微波源的改善原理相同，同樣無(wú)法提高諧振腔內(nèi)電磁場(chǎng)的均勻性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的微波諧振腔由于微波反射而導(dǎo)臻加熱溫度均勻性差，影響加熱效果和材料性性的問(wèn)題，發(fā)明一種能提高微波諧振腔電磁場(chǎng)分布均勻性的方法，同時(shí)設(shè)計(jì)一種能提高微波諧振腔電磁場(chǎng)分布均勻性的微波諧振腔體。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：

一種能提高微波諧振腔電磁場(chǎng)分布均勻性的方法，其特征是通過(guò)在微波諧振腔體中設(shè)置帶孔隔離邊界，將微波諧振腔體分隔成強(qiáng)電磁場(chǎng)區(qū)域與弱電磁場(chǎng)區(qū)域，弱電磁場(chǎng)區(qū)域的電磁場(chǎng)由強(qiáng)場(chǎng)區(qū)域的電磁場(chǎng)在兩者的邊界多次反射后，經(jīng)由帶孔隔離邊界上的孔入射到弱電磁區(qū)域；隔離邊界孔上形成微波源，數(shù)量巨大的微波源之間相互耦合和干涉后加熱放置于弱電磁場(chǎng)區(qū)域的加熱對(duì)象，極大地減小了冷點(diǎn)與熱點(diǎn)的區(qū)域尺寸，從而提高微波諧振腔內(nèi)電磁場(chǎng)分布均勻性；冷點(diǎn)與熱點(diǎn)表征了腔體中不均勻的電磁場(chǎng)分布，冷點(diǎn)為駐波的波節(jié)，熱點(diǎn)為駐波的波腹。

為了進(jìn)一步提高均勻性可在強(qiáng)電磁場(chǎng)區(qū)域增加模式攪拌器以增加電磁場(chǎng)在強(qiáng)電磁場(chǎng)區(qū)域與邊界的反射。

所述的帶孔隔離邊界采用不透波耐高溫材料。

所述的不透波耐高溫材料為金屬材料或由輕質(zhì)材料內(nèi)層和金屬表層組成的材料。

所述的帶孔隔離邊界表面形狀為平面或復(fù)雜曲面；帶孔隔離邊界可以為單個(gè)邊界或由多個(gè)單個(gè)邊界組合成成的多邊形腔體；帶孔隔離邊界的位置要求不平行于最近的微波諧振腔體壁面，其與微波諧振腔體壁面的距離要求最小值為1/4個(gè)波長(zhǎng)，最大值為4個(gè)波長(zhǎng)；帶孔隔離邊界在微波諧振腔內(nèi)的固定方法采用與壁面、支撐柱或鉸鏈的焊接、鉚接、螺紋連接類(lèi)的機(jī)械連接或膠接、電磁吸附類(lèi)的非機(jī)械連接；采用的支撐柱或鉸鏈類(lèi)連接材料為非金屬材料；帶孔隔離邊界上孔的形狀為矩形，腰型，圓形和十字型；帶孔隔離邊界上的開(kāi)孔尺寸隨著與微波輻射天線的距離增大而增大，且孔的直徑或長(zhǎng)度不小于腔體內(nèi)電磁場(chǎng)波長(zhǎng)的1/4，孔與孔之間最短距離同樣不小于電磁場(chǎng)波長(zhǎng)的1/4；孔的排布方向可單一方向排布也可以多向排布。

在微波諧振腔體外壁面上設(shè)置多路微波天線裝置；微波發(fā)生裝置發(fā)射微波，并經(jīng)過(guò)輻射天線或微波諧振腔體接觸位置的耦合裝置向腔體內(nèi)部饋入微波，其功率可單獨(dú)控制也可組合控制；微波頻率范圍為300mhz～300ghz；微波頻率可固定不變或按照20mhz以上的范圍線性或非線性變化；微波天線裝置可以為波導(dǎo)裂縫天線，桿狀天線、圓環(huán)天線、螺線天線、喇叭天線或微帶天線中的一種或多種。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二是：

一種能提高微波諧振腔電磁場(chǎng)分布均勻性的微波諧振腔體，其特征是它包括多邊形外腔體2，微波天線裝置1安裝在所述的外腔體2上，在外腔體2中設(shè)有由帶孔隔離邊界組成的內(nèi)腔體3，加熱對(duì)象安裝在內(nèi)腔體3中；微波天線裝置1發(fā)射的微波在內(nèi)腔體3和外腔體2之間經(jīng)多次反射后經(jīng)由帶孔隔離邊界上的孔形成微波源入射到內(nèi)腔體3中的弱電磁區(qū)域加熱放置于弱電磁場(chǎng)區(qū)域的加熱對(duì)象；數(shù)量巨大的微波源之間相互耦合和干涉后，極大地減小了冷點(diǎn)與熱點(diǎn)的區(qū)域尺寸。

在外腔體2和內(nèi)腔體3之間設(shè)有模式攪拌器以增加電磁場(chǎng)在強(qiáng)電磁場(chǎng)區(qū)域與邊界的反射。

所述的帶孔隔離邊界采用不透波耐高溫材料，所述的不透波耐高溫材料為金屬材料或由輕質(zhì)材料內(nèi)層和金屬表層組成的材料。

所述的帶孔隔離邊界表面形狀為平面或復(fù)雜曲面；帶孔隔離邊界可以為單個(gè)邊界或由多個(gè)單個(gè)邊界組合成成的多邊形腔體；帶孔隔離邊界的位置要求不平行于最近的微波諧振腔體壁面，其與微波諧振腔體壁面的距離要求最小值為1/4個(gè)波長(zhǎng)，最大值為4個(gè)波長(zhǎng)；帶孔隔離邊界在微波諧振腔內(nèi)的固定方法采用與壁面、支撐柱或鉸鏈的焊接、鉚接、螺紋連接類(lèi)的機(jī)械連接或膠接、電磁吸附類(lèi)的非機(jī)械連接；采用的支撐柱或鉸鏈類(lèi)連接材料為非金屬材料；帶孔隔離邊界上孔的形狀為矩形，腰型，圓形和十字型；帶孔隔離邊界上的開(kāi)孔尺寸隨著與微波輻射天線的距離增大而增大，且孔的直徑或長(zhǎng)度不小于腔體內(nèi)電磁場(chǎng)波長(zhǎng)的1/4，孔與孔之間最短距離同樣不小于電磁場(chǎng)波長(zhǎng)的1/4；孔的排布方向可單一方向排布也可以多向排布。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提出一種新的思路解決微波諧振腔內(nèi)電磁場(chǎng)不均勻的難題，顯著提高了腔體內(nèi)電磁場(chǎng)的均勻性。實(shí)現(xiàn)加熱件整體溫差不超過(guò)3攝氏度的優(yōu)良均溫性，溫度均勻性提高20倍以上。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的諧振腔體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的內(nèi)腔體壁面上通孔示意圖。

圖中：1為天線裝置、2為外腔體、3為內(nèi)腔體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例一。

如圖1-2所示。

一種能提高微波諧振腔電磁場(chǎng)分布均勻性的方法，通過(guò)在微波諧振腔體中設(shè)置帶孔隔離邊界，將微波諧振腔體分隔成強(qiáng)電磁場(chǎng)區(qū)域與弱電磁場(chǎng)區(qū)域，弱電磁場(chǎng)區(qū)域的電磁場(chǎng)由強(qiáng)場(chǎng)區(qū)域的電磁場(chǎng)在兩者的邊界多次反射后，經(jīng)由帶孔隔離邊界上的孔入射到弱電磁區(qū)域；隔離邊界孔上形成微波源，數(shù)量巨大的微波源之間相互耦合和干涉后加熱放置于弱電磁場(chǎng)區(qū)域的加熱對(duì)象，極大地減小了冷點(diǎn)與熱點(diǎn)的區(qū)域尺寸，從而提高微波諧振腔內(nèi)電磁場(chǎng)分布均勻性；冷點(diǎn)與熱點(diǎn)表征了腔體中不均勻的電磁場(chǎng)分布，冷點(diǎn)為駐波的波節(jié)，熱點(diǎn)為駐波的波腹。為了進(jìn)一步提高均勻性可在強(qiáng)電磁場(chǎng)區(qū)域增加模式攪拌器以增加電磁場(chǎng)在強(qiáng)電磁場(chǎng)區(qū)域與邊界的反射。所述的帶孔隔離邊界采用不透波耐高溫材料如金屬材料或由輕質(zhì)材料內(nèi)層和金屬表層組成的材料。所述的帶孔隔離邊界表面形狀為平面或復(fù)雜曲面；帶孔隔離邊界可以為單個(gè)邊界或由多個(gè)單個(gè)邊界組合成成的多邊形腔體；帶孔隔離邊界的位置要求不平行于最近的微波諧振腔體壁面，其與微波諧振腔體壁面的距離要求最小值為1/4個(gè)波長(zhǎng)，最大值為4個(gè)波長(zhǎng)；帶孔隔離邊界在微波諧振腔內(nèi)的固定方法采用與壁面、支撐柱或鉸鏈的焊接、鉚接、螺紋連接類(lèi)的機(jī)械連接或膠接、電磁吸附類(lèi)的非機(jī)械連接；采用的支撐柱或鉸鏈類(lèi)連接材料為非金屬材料；帶孔隔離邊界上孔的形狀為矩形，腰型，圓形和十字型；帶孔隔離邊界上的開(kāi)孔尺寸隨著與微波輻射天線的距離增大而增大，且孔的直徑或長(zhǎng)度不小于腔體內(nèi)電磁場(chǎng)波長(zhǎng)的1/4，孔與孔之間最短距離同樣不小于電磁場(chǎng)波長(zhǎng)的1/4；孔的排布方向可單一方向排布也可以多向排布。在微波諧振腔體外壁面上設(shè)置多路微波天線裝置；微波發(fā)生裝置發(fā)射微波，并經(jīng)過(guò)輻射天線或微波諧振腔體接觸位置的耦合裝置向腔體內(nèi)部饋入微波，其功率可單獨(dú)控制也可組合控制；微波頻率范圍為300mhz～300ghz；微波頻率可固定不變或按照20mhz以上的范圍線性或非線性變化；微波天線裝置可以為波導(dǎo)裂縫天線，桿狀天線、圓環(huán)天線、螺線天線、喇叭天線或微帶天線中的一種或多種。

具體到圖1、2而方，本發(fā)明的關(guān)鍵是在外腔體2內(nèi)部放置一層由圖2所示的壁面組合而成的內(nèi)腔體3。內(nèi)腔體3將整個(gè)腔體分為電磁場(chǎng)強(qiáng)的區(qū)域和電磁場(chǎng)弱的區(qū)域。微波從外腔體2上的天線裝置1入射到內(nèi)腔體3壁面上，密集的微波束經(jīng)由內(nèi)外腔體壁面多次反射變得分散，隨后分散的微波經(jīng)由內(nèi)腔體3壁面上的孔入射到弱電磁場(chǎng)區(qū)域，并加熱被加熱對(duì)象。

本實(shí)例采用的微波固化頻率為2450±30mhz。被加熱對(duì)象為玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，尺寸為500mm*500mm。本實(shí)例中天線裝置1采用裂縫天線。內(nèi)外腔體2截面采用正七邊形，且外腔體2兩壁面的交線正對(duì)內(nèi)腔體3的一個(gè)壁面。外腔體2的邊長(zhǎng)為1m，內(nèi)腔體2的邊長(zhǎng)為0.8m。內(nèi)外腔體的中心軸相差不超過(guò)5mm。內(nèi)腔體3上孔型采用圓角矩形孔，如圖2所示。其長(zhǎng)寬各為3cm與1cm。相鄰圓角矩形孔中心距均不小于6cm。此外，越遠(yuǎn)離外腔體2上的天線裝置1，圓角矩形孔的尺寸越大,最遠(yuǎn)處圓角矩形孔長(zhǎng)、寬各為6cm與2cm。

微波發(fā)生源與微波傳輸天線相連，微波傳輸線的另外一端與裂縫天線相連，微波由微波發(fā)生源產(chǎn)生，通過(guò)裂縫天線輻射至外腔體2內(nèi)。最終經(jīng)過(guò)內(nèi)腔體3上的孔隙輻射到玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比原有的腔體設(shè)計(jì)方法，玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料表面最大溫差從原有的25℃降低為3℃，顯著提高了材料微波加熱的溫度均勻性。

實(shí)施例二。

如圖1-2所示。

一種能提高微波諧振腔電磁場(chǎng)分布均勻性的微波諧振腔體，它包括多邊形外腔體2，如圖1所示，微波天線裝置1安裝在所述的外腔體2上，在外腔體2中設(shè)有由圖2所示的帶孔隔離邊界組成的內(nèi)腔體3，加熱對(duì)象安裝在內(nèi)腔體3中；微波天線裝置1發(fā)射的微波在內(nèi)腔體3和外腔體2之間經(jīng)多次反射后經(jīng)由帶孔隔離邊界上的孔形成微波源入射到內(nèi)腔體3中的弱電磁區(qū)域加熱放置于弱電磁場(chǎng)區(qū)域的加熱對(duì)象；數(shù)量巨大的微波源（成百上千個(gè)）之間相互耦合和干涉后，極大地減小了冷點(diǎn)與熱點(diǎn)的區(qū)域尺寸。具體實(shí)施時(shí)，還可在外腔體2和內(nèi)腔體3之間設(shè)置攪拌器以增加電磁場(chǎng)在強(qiáng)電磁場(chǎng)區(qū)域與邊界的反射效果。所述的帶孔隔離邊界應(yīng)采用不透波耐高溫材料，如金屬材料或由輕質(zhì)材料內(nèi)層和金屬表層組成的材料。帶孔隔離邊界表面形狀可為平面或復(fù)雜曲面；帶孔隔離邊界可以為單個(gè)邊界或由多個(gè)單個(gè)邊界組合成成的多邊形腔體；帶孔隔離邊界的位置要求不平行于最近的微波諧振腔體壁面，其與微波諧振腔體壁面的距離要求最小值為1/4個(gè)波長(zhǎng)，最大值為4個(gè)波長(zhǎng)；帶孔隔離邊界在微波諧振腔內(nèi)的固定方法采用與壁面、支撐柱或鉸鏈的焊接、鉚接、螺紋連接類(lèi)的機(jī)械連接或膠接、電磁吸附類(lèi)的非機(jī)械連接；采用的支撐柱或鉸鏈類(lèi)連接材料為非金屬材料；帶孔隔離邊界上孔的形狀為矩形，腰型，圓形和十字型；帶孔隔離邊界上的開(kāi)孔尺寸隨著與微波輻射天線的距離增大而增大，且孔的直徑或長(zhǎng)度不小于腔體內(nèi)電磁場(chǎng)波長(zhǎng)的1/4，孔與孔之間最短距離同樣不小于電磁場(chǎng)波長(zhǎng)的1/4；孔的排布方向可單一方向排布也可以多向排布。

本發(fā)明的工作原理是：

在微波諧振腔體中設(shè)置多個(gè)強(qiáng)電磁場(chǎng)區(qū)域與弱電磁場(chǎng)區(qū)域，不同區(qū)域被帶孔隔離邊界分隔開(kāi)，弱電磁場(chǎng)區(qū)域的電磁場(chǎng)由強(qiáng)場(chǎng)區(qū)域的電磁場(chǎng)在兩者的邊界多次反射后饋入。隔離邊界數(shù)量巨大的孔隙轉(zhuǎn)換為新的微波源，發(fā)射微波?？紫段⒉ㄔ聪嗷ヱ詈吓c干涉，使得原有諧振腔內(nèi)的冷點(diǎn)與熱點(diǎn)尺寸和相互的間隔距離大大縮小，顯著提高了諧振腔內(nèi)電磁場(chǎng)的均勻性。

以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或是等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。