微波加热是一种通过介质与微波间的相互作用使微波能转化成热能的加热方法，具有体积加热、选择性加热以及非接触性加热等优点，已被广泛应用于冶金工程、陶瓷烧结、化学工程和食品加工等众多领域。由微波传输的路径可知，微波首先需穿透炉衬和容器透波材料才能与物料作用，因此炉衬和容器用透波材料的透波性能对微波加热模式和效率均具有重要影响。

微波加热装置示意图

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为保证微波加热设备的高效性，透波材料不仅要具有耐火度高、高抗热震性和稳定性好等性能，还需具备较低的反射系数和能量损耗。因此，在微波加热过程中，容器和保温用透波材料常选用低介电、低损耗材料，以此来达到高效传输微波能的目的。

几种常见材料的介电特性

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，主要分为高温透波材料和中、低温透波材料两大类。

1.高温透波材料体系

高温透波材料一般具有高抗热震性、抗氧化性、稳定性好、力学性能好等优异性能，可分为陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料，其中陶瓷基复合材料包含氧化物体系、氮化物体系；聚合物基复合材料包含硅酸盐体系、磷酸盐体系。

（1）氧化物陶瓷体系

微波加热用透波材料常用的氧化物主要有熔融石英、微晶玻璃、氧化铝基陶瓷等。其中，熔融石英因其原子三维结构交叉链接、长程无序，故具有稳定的化学性、高抗热震性和优异的介电性能；氧化铝基陶瓷在高温下几乎完全转化成α-Al₂O₃，且在高温下可电离出离子晶体，由于其离子键键能很大，故具有介电损耗低、机械强度高和化学稳定性好等优点，尤其是刚玉在高温下稳定，且具有化学惰性和非常好的微波透过性能。

二氧化硅通常被认为是微波透明材料，因为它在室温下吸收能力差，透波性能较好；氧化铝陶瓷资源丰富，价格低廉，机械强度高，且具有良好的绝缘性和化学稳定性，被广泛应用于航天器天线罩、天线窗和微波加热领域。但是当温度高于800℃后，二氧化硅和氧化铝材料的介电参数会逐渐增大，吸波能力增强，透波性能变差。

氧化铝坩埚

（2）氮化物陶瓷体系

氮化物因其具有较高的原子结合度且都以共价键结合，故具有较好的热稳定性、抗热震性。氮化物陶瓷分为氮化硼、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应用中常见的材料，但是两者对微波都表现出很好的透波性能、抗热震性和化学稳定性。

氮化物透波材料在微波加热中主要用于容器材料和耐火材料的选取，但是由于氮化硼和氮化硅材料价格比较昂贵，在微波加热实际应用中比较少见，可以考虑用热压氮化物或者其复合材料代替。

（3）硅酸盐陶瓷体系

目前可作为高性能硅酸盐基复合材料的有莫来石、堇青石-莫来石、云母片等。在硅酸盐基复合材料的晶体结构中，最基本的结构单元是Si-O络阴离子，由于结构中的原子堆积密度较大，因而具有耐高温、硬度大、熔点高等特点。莫来石具有高抗热震性、稳定性强、经济实惠等特性，目前在微波加热中应用比较广泛，可作为微波加热耐火材料。

在微波加热中，常见的硅酸盐透波材料有莫来石和刚玉-莫来石等耐火材料，属于优质的耐火材料，因其具有膨胀均匀、高抗热震性、化学稳定性好、硬度大、抗化学腐蚀性好等特点，多被用于微波窑炉的耐火炉衬。

莫来石炉衬耐火材料

2.中、低温透波材料体系

中、低温透波材料在中低温环境下具有较低的介电常数和介电损耗，可按不同的需求应用到中低温微波加热过程中。微波加热常用中、低温透波材料有聚四氟乙烯、树脂基复合材料等，其中聚四氟乙烯因其具有较低的介电常数、介电损耗和较好的化学稳定性等，常被用作支撑架、传送带和绝缘保护层等部件的主要选材，是应用范围最广的透波材料之一。而增强树脂基复合材料在航空航天领域应用较广，但是在微波加热领域的应用相对较少。

二、保温用透波材料

微波加热保温用透波材料主要在支撑体、保温层和炉衬方面应用较多，保温用透波材料主要为多种纤维制品，如纤维棉、纤维毯和纤维板。其中陶瓷纤维制品因品种多，保温透波性能和耐高温性能良好，在微波加热领域中使用范围最为广泛。

陶瓷纤维主要分为结晶态纤维和非结晶态纤维，结晶态纤维的内部原子结合以离子键为主，存在部分共价键，因此具有耐高温、耐腐蚀等优良性能；非结晶态纤维内部主要由高键能的共价键结合，因此具有抗氧化、耐磨等优异性能。

氧化铝纤维

微波加热用保温材料有硅酸铝纤维板、多晶莫来石纤维板、氧化铝纤维板等。其中，硅酸铝纤维板具有重量轻、热导率低、热稳定性好等优点，经常被用作中低温工业微波窑炉的炉衬、高温高压蒸汽管道的绝热材料、耐火建筑的防火材料等。多晶莫来石纤维板因其具有较好的高温稳定性、抗热震、抗侵蚀、低热容等优点而被广泛用于中高温微波窑炉的绝热内衬。

硅酸铝纤维板

目前在微波加热用保温材料的应用大都是以传统砖衬为主的保温层，主要以单层保温材料来研究，对多层复合保温层透波材料的研究较少。

总结

目前，实际应用中还存在很多直接采用传统非微波窑炉专用隔热炉衬的情况，由于材料介电性能的温变特性，传统炉衬可能会吸收大量的微波而快速升温，进而导致热失控。随着微波加热技术的不断推广，对容器和保温用透波材料的性能要求也在不断提高，微波加热用透波材料的发展限制了微波反应器的应用范围。在材料研究方面，微波加热用容器和保温透波材料以后的发展方向可能有以下几个方面：（1）探究昂贵材料的替代品；（2）探索新的透波材料制备技术；（3）研究开发新型的容器和保温材料。

参考来源：

1.微波加热用透波材料的研究进展，白永珍、尚小标、刘美红、魏聪、张富程、肖利平、李广超、陈君若（化工进展）；

2.高温透波陶瓷材料研究进展，蔡德龙、陈斐、何凤梅（现代技术陶瓷）；

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