微波加熱是將高頻電磁能轉(zhuǎn)化為熱能的過程，具有內(nèi)部選擇性加熱、升溫速度快、高效節(jié)能及過程催化等特點(diǎn)，是一種綠色高效的能源利用方式。微波作為一種高頻電磁波，可有效促進(jìn)物質(zhì)內(nèi)部極性分子轉(zhuǎn)動及電荷極化，強(qiáng)化物質(zhì)遷移，現(xiàn)已發(fā)展為冶金材料處理及化學(xué)反應(yīng)過程外場強(qiáng)化的重要手段。本書作者結(jié)合十多年來在微波能應(yīng)用基礎(chǔ)理論、新技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用等方面的工作，概述了微波技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了微波在冶金反應(yīng)過程強(qiáng)化、微波熔煉與粉末冶金燒結(jié)、工業(yè)固廢處理、新材料制備與合成、物料電磁特性等領(lǐng)域的研究進(jìn)展和研究成果。
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國家重點(diǎn)研發(fā)計劃子課題"鋁工業(yè)典型危廢無害化高效利用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范"的負(fù)責(zé)人，子課題編號2018YFC1901900
目錄
第1章 微波加熱技術(shù)概況 1
1.1 微波的本質(zhì) 1
1.2 微波技術(shù)的發(fā)展歷程 1
1.3 微波加熱原理 3
1.3.1 微波與物質(zhì)作用的介電損耗 3
1.3.2 微波與物質(zhì)作用的磁損耗 5
1.3.3 微波與物質(zhì)作用的傳導(dǎo)損耗 5
1.4 微波對物料的作用深度 5
1.5 微波加熱技術(shù)特征及優(yōu)勢 6
1.5.1 微波加熱技術(shù)特征 6
1.5.2 微波加熱技術(shù)優(yōu)勢 7
1.6 微波技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀 8
參考文獻(xiàn) 9
第2章 微波冶金過程強(qiáng)化 12
2.1 微波燒結(jié)鐵礦石 12
2.1.1 鐵礦石原料 12
2.1.2 鐵礦石微波加熱及電磁特性 13
2.1.3 微波燒結(jié)鐵礦石仿真模擬 14
2.1.4 微波燒結(jié)鐵礦石工藝放大 15
2.2 微波加熱直接還原鐵 17
2.2.1 含鐵物料組分 17
2.2.2 物料在微波場中的升溫及介電特性 17
2.2.3 微波加熱碳還原鐵工藝 20
2.2.4 還原產(chǎn)物分析 23
2.2.5 微波加熱直接還原鐵擴(kuò)試試驗(yàn) 24
2.3 微波氧化焙燒菱鐵礦 26
2.3.1 菱鐵礦在微波場中的升溫特性 26
2.3.2 菱鐵礦微波加熱機(jī)理 27
2.3.3 微波場中菱鐵礦分解氧化行為及機(jī)理 28
2.4 微波加熱硅粉氮化 30
2.4.1 硅粉的介電參數(shù)測試 30
2.4.2 硅粉的微波加熱特性 31
2.4.3 微波加熱硅粉氮化工藝 32
2.4.4 微波加熱氮化反應(yīng)機(jī)制 36
2.5 微波加熱金屬銅粉 37
2.5.1 金屬銅粉微波加熱特性 38
2.5.2 金屬銅粉加熱過程的致密化 41
2.5.3 金屬銅粉的微波燒結(jié)動力學(xué)分析 43
2.6 微波加熱錫合金粉 46
2.6.1 錫粉的趨膚深度 46
2.6.2 微波加熱球形錫合金粉 47
2.6.3 微波熔煉回收金屬錫粉 50
2.6.4 微波高通量制備錫合金 51
2.7 微波輻照處理鋁硅合金 53
2.7.1 鋁硅合金原料分析 53
2.7.2 微波輻照對鋁硅合金凝固過程的影響 54
2.7.3 微波原位鑄造鋁合金 56
2.8 微波冶金清潔生產(chǎn) 58
2.8.1 微波干燥冶金碳球 58
2.8.2 微波非接觸加熱酸洗液 59
2.9 微波冶金常用保溫及坩堝材料 60
2.9.1 普通硅酸鋁纖維板保溫材料 60
2.9.2 多晶莫來石纖維板保溫材料 61
2.9.3 氧化鋁陶瓷坩堝 61
2.9.4 莫來石陶瓷坩堝 62
2.9.5 氮化硼陶瓷坩堝 62
2.9.6 碳化硅陶瓷 63
參考文獻(xiàn) 63
第3章 微波燒結(jié)石墨/銅復(fù)合材料 66
3.1 溫度對石墨 /銅復(fù)合材料的影響 66
3.1.1 溫度對復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響 67
3.1.2 溫度對復(fù)合材料物相變化的影響 70
3.1.3 溫度對復(fù)合材料密度的影響 70
3.1.4 溫度對復(fù)合材料硬度的影響 71
3.1.5 溫度對復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響 72
3.2 石墨體積分?jǐn)?shù)對石墨/銅復(fù)合材料的影響 72
3.2.1 石墨體積分?jǐn)?shù)對復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響 72
3.2.2 復(fù)合材料物相組成變化 73
3.2.3 石墨體積分?jǐn)?shù)對密度和相對密度的影響 74
3.2.4 石墨體積分?jǐn)?shù)對硬度的影響 74
3.2.5 石墨體積分?jǐn)?shù)對導(dǎo)熱系數(shù)的影響 75
3.2.6 石墨/銅復(fù)合材料的熱循環(huán)穩(wěn)定性 76
3.2.7 熱循環(huán)測試對石墨/銅界面的損傷分析 77
3.3 鈦添加量對石墨/銅復(fù)合材料的影響 78
3.3.1 鈦添加量對復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響 79
3.3.2 鈦添加量對復(fù)合材料物相組成的影響 80
3.3.3 鈦添加量對復(fù)合材料性能的影響 81
3.3.4 微波活化燒結(jié)機(jī)制探究 83
3.4 MoS2改性石墨/銅復(fù)合材料 84
3.4.1 MoS2改性石墨/銅復(fù)合材料的制備 84
3.4.2 MoS2對復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響 85
3.4.3 MoS2對復(fù)合材料微觀形貌的影響 87
3.4.4 MoS2對復(fù)合材料性能的影響 88
3.5 微波加壓燒結(jié)石墨 /銅復(fù)合材料及其性能 90
3.5.1 加壓燒結(jié)工藝對石墨/銅復(fù)合材料性能的影響 90
3.5.2 石墨粒度對復(fù)合材料的影響 94
參考文獻(xiàn) 97
第4章 微波燒結(jié)鎢銅復(fù)合材料 99
4.1 燒結(jié)溫度的影響 99
4.1.1 燒結(jié)溫度對材料顯微結(jié)構(gòu)的影響 99
4.1.2 燒結(jié)溫度對材料密度的影響 100
4.1.3 燒結(jié)溫度對材料硬度的影響 101
4.1.4 燒結(jié)溫度對材料物相的影響 102
4.2 銅含量對材料顯微結(jié)構(gòu)的影響 102
4.3 燒結(jié)時間的影響 104
4.4 鎢粉粒度的影響 104
4.4.1 鎢粉粒度對材料顯微結(jié)構(gòu)的影響 104
4.4.2 鎢粉粒度對硬度的影響 105
4.5 鎢銅復(fù)合材料性能測定 105
4.5.1 鎢銅復(fù)合材料熱導(dǎo)率 105
4.5.2 鎢銅復(fù)合材料熱膨脹系數(shù) 107
4.6 微波燒結(jié)鎢銅復(fù)合材料新工藝 108
4.6.1 鎢粉鍍銅對合金性能的影響 108
4.6.2 微波熱壓燒結(jié)裝備研發(fā) 111
4.6.3 微波熱壓燒結(jié)工藝 112參考文獻(xiàn) 116
第5章 微波燒結(jié)金剛石/硬質(zhì)合金 117
5.1 金剛石表面微波輔助鍍鈦工藝 117
5.1.1 鍍鈦金剛石形貌和物相分析 117
5.1.2 鍍鈦反應(yīng)的熱力學(xué)分析 118
5.1.3 溫度對鍍鈦工藝的影響 118
5.1.4 保溫時間和TiH2含量對金剛石鍍鈦的影響 121
5.1.5 鍍鈦金剛石耐熱性能 124
5.2 微波燒結(jié)金剛石 /WC-Co 124
5.2.1 微波無壓燒結(jié)金剛石/WC-Co 124
5.2.2 微波加壓燒結(jié)金剛石/WC-Co 126
5.3 微波等離子制備微米級金剛石膜 131
5.3.1 襯底溫度對金剛石膜品質(zhì)及生長速率的影響 131
5.3.2 工作壓強(qiáng)對金剛石膜品質(zhì)及生長速率的影響 132
5.3.3 甲烷濃度對金剛石膜品質(zhì)及生長速率的影響 134
5.3.4 微波等離子體化學(xué)氣相沉積裝置 135
參考文獻(xiàn) 136
第6章 微波焙燒鋁電解廢炭無害化 137
6.1 電解鋁廢炭的本征特性 137
6.1.1 電解鋁廢炭元素組成 137
6.1.2 電解鋁廢陰極炭塊形貌分析 138
6.1.3 鋁電解廢陰極炭塊熱重分析 138
6.2 常規(guī)焙燒廢陰極炭塊工藝研究 139
6.2.1 響應(yīng)曲面工藝設(shè)計 139
6.2.2 工藝優(yōu)化及驗(yàn)證 141
6.3 微波焙燒氟化物脫除研究 142
6.3.1 焙燒溫度和時間對氟化物脫除的影響 142
6.3.2 微波焙燒與常規(guī)焙燒除氟率對比 143
6.3.3 微波高溫焙燒水蒸氣除氟工藝 144
6.3.4 微波焙燒與常規(guī)焙燒對碳結(jié)構(gòu)的影響 145
6.4 電解鋁廢陰極炭微波浸出無害化處理 148
6.4.1 廢陰極炭微波堿浸除氟工藝 148
6.4.2 廢陰極炭微波酸浸深度除氟 153
6.5 電解鋁廢陰極炭制備石墨烯 157
6.5.1 還原氧化石墨烯制備 157
6.5.2 樣品形貌與結(jié)構(gòu)分析 158
參考文獻(xiàn) 159
第7章 微波處理碳纖維材料 161
7.1 微波活化 PAN纖維預(yù)氧化 161
7.1.1 微波預(yù)氧化與常規(guī)預(yù)氧化工藝對比 161
7.1.2 預(yù)氧絲微波低溫碳化 163
7.1.3 H2O2改性PAN纖維微波熱處理 165
7.1.4 KMnO4改性PAN纖維微波預(yù)氧化 170
7.1.5 微波預(yù)氧化/碳化裝置 173
7.2 微波熱解回收碳纖維 174
7.2.1 微波熱解 CFRP 174
7.2.2 復(fù)合材料微波加熱特性及模擬仿真 174
7.2.3 熱解過程失重率變化 177
7.2.4 微波熱解工藝優(yōu)化 178
7.2.5 熱解碳?xì)夥彰摮に?182
7.2.6 再生碳纖維再利用 189
7.2.7 微波熱解回收碳纖維抽油桿 191
參考文獻(xiàn) 196
第8章 微波制備膨脹石墨 198
8.1 微波閃速制備膨脹石墨 198
8.1.1 微波輔助氧化插層制備膨脹石墨 198
8.1.2 氧化劑用量及微波功率對膨脹體積的影響 199
8.1.3 膨脹石墨的微觀結(jié)構(gòu) 200
8.1.4 膨脹石墨的物化性能 202
8.1.5 膨脹機(jī)制分析 206
8.1.6 膨脹石墨制備石墨烯 207
8.1.7 微波膨脹技術(shù)應(yīng)用 207
8.2 微波溶劑熱法制備膨脹石墨吸波材料 208
8.2.1 CuCo2S4@EG復(fù)合材料的制備 208
8.2.2 CuCo2S4@EG復(fù)合材料的微觀形貌及結(jié)構(gòu) 209
8.2.3 CuCo2S4@EG復(fù)合材料的吸波性能 211
8.2.4 CuCo2S4@EG復(fù)合材料的熱性能 214
參考文獻(xiàn) 214
第9章 微波合成 217
9.1 微波熔鹽制備鹵化Ti3C2 MXenes 217
9.1.1 鹵化Ti3C2 MXenes制備及形貌分析 217
9.1.2 鹵化Ti3C2 MXenes光氧化脫除Hg0 218
9.1.3 Hg0光氧化脫除機(jī)制 220
9.1.4 Hg0光氧化脫除理論分析 221
9.2 微波溶劑熱法制備Mxenes基吸波材料 222
9.2.1 Bi2S3/Ti3C2T x吸波材料制備 222
9.2.2 Bi2S3/Ti3C2T x物相和微觀形貌 223
9.2.3 Bi2S3添加量對復(fù)合材料電磁波吸收性能的影響 226
9.2.4 填充含量對電磁波吸收性能的影響 230
9.3 微波合成 MoS2/ZnO復(fù)合材料 233
9.3.1 ZnO納米片原位沉積 MoS2量子點(diǎn) 233
9.3.2 MoS2/ZnO復(fù)合材料 Hg0氧化脫除 236
9.4 微波水熱合成 MnO2/TiO2 237
9.4.1 MnO2/TiO2制備及形貌分析 237
9.4.2 MnO2/TiO2光氧化劑Hg0氧化脫除 239
9.5 微波合成ZSM-5分子篩 239
9.5.1 ZSM-5分子篩的合成 239
9.5.2 硅鋁比對ZSM-5合成的影響 240
9.5.3 晶化溫度與晶化時間對ZSM-5合成的影響 241
9.5.4 ZSM-5微觀形貌及元素分布 241
參考文獻(xiàn) 242
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