微波場中高碳錳鐵粉固相脫碳電磁性能研究.pdf

1、分析材料的電磁性能是研究其微波吸收性能的基礎(chǔ)。相對復(fù)介電常數(shù)εr及相對復(fù)磁導(dǎo)率μr是表征材料電磁性能的主要物理參量,它們反映了材料損耗電磁能量的能力。材料對微波的損耗機(jī)理主要包括電損耗和磁損耗,在此基礎(chǔ)上也有絕緣殼層、柱體電容等新理論的提出。
　　 在微波加熱場中,高碳錳鐵粉通過吸收微波進(jìn)行固相脫碳反應(yīng),碳酸鈣粉熱分解產(chǎn)生的CO2對高碳錳鐵粉固相脫碳具有很好的脫碳作用;但脫碳過程中物料的物相發(fā)生了變化,其電磁性能也會發(fā)生相應(yīng)的變

2、化,這些變化影響著微波加熱場與物料的作用關(guān)系。因此,在微波加熱高碳錳鐵粉固相脫碳過程中,研究高碳錳鐵粉及其脫碳物料的電磁性能變化規(guī)律以及微波加熱場與物料的作用關(guān)系具有十分重要的意義。
　　 碳酸鈣粉與高碳錳鐵粉按摩爾脫碳比CO2碳酸鈣粉:C高碳錳鐵粉=1.80:1.00均勻混合,在微波加熱場和常規(guī)加熱場中分別進(jìn)行固相脫碳反應(yīng),微波加熱和常規(guī)加熱的脫碳溫度分別為900℃、1000℃、1100℃、1200℃,且各保溫脫碳60分鐘。用

3、矢量網(wǎng)絡(luò)分析法測試了高碳錳鐵粉原始樣、微波加熱高碳錳鐵粉的脫碳物料及常規(guī)加熱高碳錳鐵粉的脫碳物料的電磁性能。分析測試表明,高碳錳鐵粉脫碳前后的電磁性能變化很大,具體變化規(guī)律和研究結(jié)果如下:
　　 (1)在微波加熱場中,高碳錳鐵粉具有一定的頻散效應(yīng)。高碳錳鐵粉中的碳是電導(dǎo)損耗型材料,碳原子通過電導(dǎo)損耗吸收微波。高碳錳鐵粉物相主要為錳鐵碳化物,在微波頻率2～18 GHz之間,其相對介電常數(shù)εr'在323.75～9.5之間變化;且隨微

4、波頻率的提高,εr'趨于變小;在微波加熱頻率2.45 GHz時,高碳錳鐵粉的εr'為252.12,說明高碳錳鐵粉為電導(dǎo)損耗型材料。
　　 (2)對于微波加熱溫度900℃、1000℃、1100℃、1200℃且分別保溫60 min的物料,在微波頻率2～18 GHz之間,除1100℃保溫60 min的物料外,其他各溫度物料的電磁性能相近,εr'值在7.60～8.58之間變化,相對磁導(dǎo)率μr'值在0.91～1.04之間變化;而微波加熱溫

5、度1100℃保溫60 min的脫碳物料的介電性能變化較大,在微波頻率2～18 GHz之間,εr'值較高,在8.18～10.00之間變化,μr'值變化不大,在0.88～1.04之間變化。1100℃保溫60 min物料介電性能變化大的原因是,原始高碳錳鐵粉主要以(Mn,Fe)7C3為主要物相,屬于富碳錳鐵碳化物相,即Mn原子密堆積成八面體結(jié)構(gòu),碳原子擴(kuò)散到密堆積的八面體間隙中;微波加熱溫度1100℃保溫60 min時,碳酸鈣分解大量的CO2

6、與高碳錳鐵粉中(Mn,Fe)7C3反應(yīng),八面體結(jié)構(gòu)變形程度最大,碳原子析出與CO2結(jié)合,產(chǎn)生大量的陽離子空位,偶極矩重排,導(dǎo)致電導(dǎo)損耗增加,εr'值增高。對微波加熱溫度1200℃保溫60 min的物料,由于物料的氧化程度增大(Mn304增多),使得電導(dǎo)損耗減小,εr'值降低;而微波加熱溫度900℃、1000℃且分別保溫60 min的物料,由于脫碳物料中出現(xiàn)大量的中間碳化物相(Mn,Fe)5C2,也使得脫碳物料的電導(dǎo)損耗減小,εr'值變小

7、。
　　 (3)對于常規(guī)加熱溫度900℃、1000℃、1100℃、1200℃且分別保溫60min的物料,在微波頻率2～18 GHz之間,物料電磁性能隨溫度升高先降低后升高,εr'值在6.51～8.61之間變化,μr'值在0.91～1.04之間變化。其中,常規(guī)加熱溫度1200℃保溫60 min的物料,εr'值較高,在7.80～8.61之間變化,這主要是因?yàn)槌Ｒ?guī)加熱脫碳物料中錳氧化程度增多(主要是MnO2增多),物料的極化損耗增強(qiáng),

8、εr'值增高;而常規(guī)加熱溫度900℃、1000℃、1100℃分別保溫60 min的物料,由于表面形成較多的MnO、Mn3O4殼層,使得物料的電導(dǎo)損耗減少,εr'值降低。
　　 (4)微波加熱溫度為900℃、1000℃、1100℃、1200℃分別保溫60 min的物料,在微波頻率2.45 GHz時,物料的εr'值分別為7.58、7.44、8.39、7.51,總體上物料的εr'值隨溫度升高呈波動性變化,與微波頻率在2～18GHz之間

9、物料的εr'值變化趨勢相同;其中微波加熱溫度為1100℃保溫60min的物料,εr'有最大值8-39,這主要是因?yàn)槊撎嘉锪现谐霈F(xiàn)大量的富金屬碳化物相(Mn,Fe)23C6,使得脫碳物料的電導(dǎo)損耗增加,εr'值增大。
　　 常規(guī)加熱溫度為900℃、1000℃、1100℃、1200℃分別保溫60 min的物料,在微波頻率2.45 GHz時,物料的εr'值分別為7.76、6.72、7.39、8.48,物料的εr'值隨溫度升高先降低后升