微波合成

微波烧结的应用
微波烧结的应用
微波烧结的应用
微波烧结的应用
微波烧结的应用
微波烧结的应用
微波烧结的应用
微波烧结的应用
微波烧结的应用
微波烧结的应用
微波烧结的应用
微波烧结的应用
微波烧结技术总结
Hale Waihona Puke Baidu
3 微波辐射法在无机固相反应中的应用
1. Pb3O4的制备
3 微波辐射法在无机固相反应中的应用
2. 碱金属偏钒酸盐的制备
3 微波辐射法在无机固相反应中的应用
4 在多孔晶体材料上无机盐的高度分散
担载的催化剂，通常是将活性组分分散到具有 高比表面的担体上而制成的，因而活性组分的 分散度对于提高催化反应的活性和选择性部具 有十分重要的意义。通常是将样品在某一温度 下加热数小时或数十小时完成的。
1 沸石分子筛的合成
NaA沸石的合成
A型沸石是目前应用很广泛的吸附剂，用于脱水、脱氨
等，而且可代替洗衣粉中的三聚磷钠得到无磷洗衣物
而解决环境污染问题。基于微波辐射晶化法其独特的 优点，微波辐射法合成NaA沸石的结果总结如下：
1 沸石分子筛的合成
1 沸石分子筛的合成
NaX沸石的微波合成



引子
微波在整个电磁波谱中的位臵如图1所示，通常指 波长为1m到0.1mm范围内的电磁波，其相应的频率 范围是300 MHz~3000 GHz。 1~25cm波长范围用于雷达，其它的波长范围用于 无线电通讯，为了不干扰上述这些用途．国际无线 电通讯协会(CCIP)规定家用或工业用微波加热设备 的微波频率是2450MHz(波长12.2cm)和915MHz(波 长32.8cm)。 家用微波炉使用的频率都是2450MHz。915MHz的 频率主要用于工业加热。
1 沸石分子筛的合成
1 沸石分子筛的合成
1 沸石分子筛的合成

总之，用微波辐射法合成沸石分子筛具有许多 优点，如粒度小且均匀，合成的反应混合物配 比范围宽，重现性好．时间很短等，预计这种 新的合成方法能在快速、节能和连续生产分子 筛、超微粒分子筛，以及在用传统方法合成不 出的一些分子筛等方面会取得突破。
2 沸石分子筛的离子交换
3 微波辐射法在无机固相反应中的应用
无机固体物质制备中，目前使用的方法有制陶法，高压法， 水热法，溶胶-凝胶法，电弧法，熔渣法和化学气相沉积法等。 这些方法中，有的需要高温或高压；有的难以得到均匀的产 物；有的制备装臵过于复杂。昂贵，反应条件苛刻，反应周 期太长。 微波辐射法不同于传统的借助热量辐射、传导加热方法。由 于微波能可直接穿透样品，里外同时加热，不需传热过程， 瞬时可达一定温度。微波加热的热能利用率很高(能达50％70％)，可大大节约能量，而且调节微波的输出功率，可使样 品的加热情况方即无情件地改变，便于进行自动控制和连续 操作。由于微波加热在很短时间内就能将能量转移给样品， 使样品本身发热，而微波设备本身不辐射能量，因此可避免 环境高温，改善工作环境。此外微波除了热效应外，还有非 热效应，可以有选择地进行加热。
一、微波加热技术原理
影响微波加热效果的因素
影响微波加热效果的因素首先是微波加热装臵的输出功 率和耦合功率，其次是材料的内部本征状态。 微波加热所用的频率一般被限定为915MHz和2450MHz， 微波装臵的输出功率一般为500～5000W，单模腔体的微波 能量比较集中，输出功率在1000W左右，对于多模腔的加热 装臵，微波能量在较大范围内均匀分布，因而则需要更高的 功率。 在指定的加热装臵上，材料的微波吸收能力与材料的介电 常数和介电损耗有关，真空的介电常数为1，水的介电常数 大约为80，而多数陶瓷材料的室温介电损耗一般比较小，所 以对无机陶瓷材料的加热，一般要采用比家用微波炉功率更 大的微波源。
微波烧结的应用
微波烧结不仅可适用于结构陶瓷（如Al2O3、ZrO2、ZTA、Si3N4、AlN和 BC等），电子陶瓷（BaTiO3）和超导材料的制备，而且也可用于金刚石 薄膜沉积和光导纤维棒的气相沉积。微波烧结可降低烧结温度，缩短烧 结时间，在性能上也与传统方法制备的样品相比有很大区别，可以形成 致密均匀的陶瓷制品。此外，导电金属中加入一定量的陶瓷介质颗粒后， 也可用微波加热烧结，也可以对不同性能的陶瓷用微波将其烧结在一起。 继陶瓷烧结及陶瓷结合之后，利用微波合成陶瓷材料粉料的研究也在增 多，利用氧化物加热反应，在微波场中分别合成了SiC、TiC、NbC、 TaC等超硬材料，而只要15min。 材料的合成过程，使用微波加热，可以使化学反应远离平衡态，这就可 以获得许多常用高温固相反应难以得到的反应产物。研究发现，一般加 热的ZrC-TiC的固溶反应，固溶量只在5%左右，而采用微波加热的固相 反应，可以使相互固溶量超过10%，这是微波能够使固溶相快速冷却的 结果。Patil等人用微波合成了尖晶石，研究结果发现，用微波能合成单 相的尖晶石，几乎不含其它相，表明了微波促进合成反应和增加固溶相 的稳定性。
引子
微波无机合成 本章内容：
一、微波加热技术原理 二、微波辐射法在无机合成中的应用
一、微波加热技术原理
直流电源提供微波发生器的磁控管所需 的直流功率，微波发生器产生一个交替 变化的电场，作用在处于微波加热器内 的被加热物体上，被加热物体内的极性 分子因此随外电场变化而摆动，又因为 分子本身的热运动和相邻分子之间的相 互作用，使分子随电场变化而摆动的规 则受到了阻碍和干扰，从而产生了类似 于摩擦的效应，使一部分能量转化为分 子杂乱运动的能量，使分子运动加剧， 从而被加热物质温度迅速升高。
图10-3 传统炉和微波炉中加热模式比较
一、微波加热技术原理
实验表明极性分子溶剂吸收微波能而被快速加热， 而非极性分子溶剂几乎不吸收微波能，升温很小。 水、醇类、羧酸类等极性溶剂都在微波作用下被迅 速加热，有些已达到沸腾。 而非极性溶剂几乎不升温。有些固体物质能强烈吸 收微波能而迅速被加热升温，而有些物质几乎不吸 收微波能，升温幅度很小，微波加热大体上可认为 是介电加热效应。
1 沸石分子筛的合成
具有特定孔道结构的微孔材料，由于它们结构与性能上的特 点，已被广泛地应用在催化、吸附及离子交换等领域。一般 的合成方法是水热晶化法。此法耗能多，条件要求苛刻，周 期相对比较长，釜垢浪费严重，而微波辐射晶化法是1988年 才发展起来的新的合成技术。此法具有条件温和、能耗低、 反应速率快、粒度均一且小的特点。
一、微波加热技术原理
一、微波加热技术原理
一、微波加热技术原理
根据材料对微波的反射和吸收的情况不同可将其分成四 种情况，即良导体、绝缘体、微波介质和磁性化合物四种材 料。 1．良导体 金属为良导体，它们能反射微波，因此可用做微波 屏蔽，也可以用于传播微波的能量，常见的波导管一般由黄 铜或铝制成。 2．绝缘体 可被微波穿透，正常时它所吸收的微波功率极小， 可忽略不计。玻璃、云母和部分陶瓷属于此类。 3．微波介质 性能介于金属和绝缘体之间，能不同程度吸收微 波能而被加热，特别是含水和脂肪的物质，吸能升温效果明 显。 4．磁性化合物 一般类似于介质，对微波产生反射、穿透和吸 收的效果。
图10-4 氧化铝陶瓷的微波 吸收能力随温度的变化
一、微波加热技术原理
微波合成的优点
选择性加热 加热速度快 改进合成材料的结构与性能 热惯性小 改善劳动环境和劳动条件。
二、微波辐射在无机合成中的应用
1、沸石分子筛的合成 2、沸石分子筛的离子交换 3、微波辐射法在无机固相反应中的应用 4、在多孔晶体材料上无机盐的高度分散 5、稀土磷酸盐发光材料的微波合成
5 稀土磷酸盐发光材料的微波合成
专题
微波烧结
微波烧结模式与常规烧结相比，具备如下特点：
（1）利用材料介电损耗发热，只有试件处于高温炉而炉体为 冷态，即不需要元件也不需要加热材料，结构简单，制造维 修方便。。 （2）快速加热烧结，如Al2O3陶瓷可在15分钟内烧结致密。 （3）体积性加热，温场均匀，不存在热应力，有利于复杂形 状大部件烧结。 （4）高效节能，微波烧结热效率可达80%以上。 （5）无热源污染，有利于制备高纯陶瓷。 （6）可改进材料的微观结构和宏观性能，获得细晶高韧的结 构陶瓷材料。
3.3 微波无机合成
微波是指波长1mm～0.1m范围内的电磁波，频率范围 是300MHz～3000GHz。微波可以用来加热，这在民间 微波炉上已得到了很好的应用。同时微波作为一种安 全的能源，也能加热陶瓷与无机物，它可以使无机物 在短时间内急剧升温到1800℃，所以可用于微波化学 合成，如超导材料的合成，沸石分子筛的合成及超微 粉体的制备、精细陶瓷的快速高温烧结和连接等科学 领域。
2 沸石分子筛的离子交换
微波加热进行沸石离子交换具有方便、快速、交换度高， 可交换常规方法不易进入位臵的离子，尤其适用于实验室 制备小批量离子交换型沸石分子筛样品。若能制造较大加 热室的微波炉并加装回流冷凝装臵和连续加料一出料系统， 也可用于制备较大批量的样品。当然关于交换机理、热力 学、动力学和交换度、交换率以及与常规方法制备的样品 在离子占位、配位环境和理化性能等方面比较工作都有待 于进一步的研究，仅就目前的结果看，微波加热法是很有 研究意义的课题，将会引起沸石分子筛化学界的研究兴趣。
图10-2 微波加热系统方框图
一、微波加热技术原理
微波介电加热效应中，主要起作用的是偶极极化和界面极 化。而介电损耗正切值(tanδ=ε’’/ ε’)代表了一种物质把 电磁能转变成热能的能力。
物质在微波场下所能吸收的功率以下式表示：
一、微波加热技术原理
与传统加热方法不同，在微波加热过程中，热从材料内部 产生而不是从外部热源吸收。所以被加热物质的温度梯度 和热流与传统加热方法中的相反，因此，被加热物体不受 大小及形状的限制，大小工件都能被加热。
一、微波加热技术原理
材料的介电损耗越大越容易加 热，但是许多材料的介电损耗 是随温度变化的，图10-4是氧 化铝在微波加热时的介电损耗 率的变化情况，图上反映出在 600℃开始急速增加，在1800℃ 附近达到室温时的100倍以上， 这暗示着微波加热有一定“起 动温度”，达到这一温度以上， 材料对微波能的吸收迅速增加。 这也就是为什么许多在室温和 低温下不能被微波加热的材料， 在高温下可显著吸收微波而升 温的原因。
NaX是低硅铝比的八面沸石，一般在低温水热条件下合成。 因反应混合物配比不同，以及采用的反应温度不同。晶化时 间为数小时至数十小时不等。 用微波辐射法合成出NaX沸石，是以工业水玻璃作硅源，以 铝酸钠作铝源，以氢氧化钠调节反应混合物的碱度，具体配 比(物质的量的比)为 SiO2/Al2O3=2.3，Na2O/SiO2=1.4，H2O/SiO2=57 将反应物料搅拌均匀后，封在聚四氟乙烯反应釜中，将釜臵 于微波炉中接受辐射。微波功率650W，微波频率为2450MHz。 辐射约30min后，冷却，过滤，洗涤，干燥得NaX分子筛原粉， 其X射线粉末衍射图与文献完全一致。用同样配比的反应混合 物，采用传统的电烘箱加热方法，在100℃下晶化17h得NaX 分子筛，比较反应的时间，可清楚的看出微波辐射方法的优 越性，不仅节省了时间，更重要的是大幅度的降低了能耗。