陶瓷坯体定型干燥机理

陶瓷坯体定型干燥过程一般分三个阶段，首先是加热干燥阶段，其次为等速干燥阶段，最后是降速干燥阶段完成全部工艺流程。

（1） 陶瓷坯体定型干燥加热干燥阶段: 热能源干燥介质传给陶瓷坯体所消耗的热能量要大于水分蒸发所需要的热量。陶瓷坯体表面的温度不断升高，陶瓷坯体内水分的蒸发量随之增大。当温度升到某一点温度值时,如图中所示A点位置时。所传给陶瓷坯体的热能量等于水分蒸发所需的热量，则陶瓷坯体表面的温度则会停止升高并等于干燥介质的湿球温度，此后开始进入等温蒸发阶段。

（2） 陶瓷坯体等速干燥阶段: 陶瓷坯体表面的水分蒸发过程、同一般自由液面水的蒸发原理一样，其水蒸汽的分压等于干湿球温度下的饱和水蒸汽压。陶瓷坯体内的水分在浓度梯度差的推动下，而向其表面扩散水分子，使陶瓷坯体表面始终存在自由水的状态。此阶段温度处于保温阶段、温度不再升高，温度变化量趋于某一个相对稳定值。该阶段的干燥速率取决于水蒸汽的向外扩散速率，故这一干燥阶段又称为水分子向外扩散控制阶段。随着陶瓷坯体表面自由水的排出、将对产品质量有着密切关系。此时产品的排湿速度过快、温度过高、陶瓷坯体内极易产生体积收缩，严重产生收缩内应力，造成产品的破损、质量下降。因此要求严控制工艺温度、降低排湿速率、适当延长处理干燥时间。对产品质量方有所保障。等速干燥特性陶瓷坯体表面水蒸汽压力低于干燥介质湿球温度下的饱和蒸汽压力，此时物料陶瓷坯体表面水为大气吸附水，而物料内部仍为自由水。如图中所示 K 点, 此后物料表面不再有连续性的自由水膜。对应该 K 点的干基称为临界水分。

（3）陶瓷坯体降速干燥阶段: 陶瓷坯体在该干燥阶段、主要是物料表面水分、大气吸附水的排除阶段。陶瓷坯体内水的扩散速率小于外部的扩散速率。因此陶瓷坯体表面水蒸发速率受到内部水的扩散速率的限制。在降速干燥阶段中物料表面水分逐渐减少，蒸发所需要的热能量也相应的减少。而陶瓷坯体表面的温度不断升高，干燥速率下降直到零，干燥工艺过程即完全结束。

当物料含水量多的陶瓷坯体、则具有较为完整的干燥过程曲线。而在物料含水量少的陶瓷坯体、等速干燥阶段过程曲线则不明显。以上述说仅供参考。

以上所示图为干燥过程曲线图。图中水平坐标为时间，

垂直坐标表示三种不同标量。

注:曲线 1 、物料水分随时间变化关系曲线。

曲线 2 、干燥速度与时间关系曲线。

曲线 3 、物料表面温度变化与时间关系曲线。

一）微波加热的基本原理:

微波是介于高频与远红外波段之间，其波长范围在 0.001～1 M ，频率范围为 0.3～300GHz，具有很强穿透能力的电磁波，在工业上常用的微波频率为 915 MHz 和 2450 MHz 两个频段。微波功率是由发生微波的磁控管接受电源提供电功率而产微波。微波通过激励器，波导输送到微波加热器，将加热处理的物质在微波能电磁场的作用下而被微波能加热。

微波加热就是利用物质的介质损耗原理，在加热过程中通过物质的介质损耗将微波场的电磁能量转化为热能，其能量是通过空间或媒介质以电磁波的形式来传递的，物质加热过程与物质内部的极性分子有着密切的关系。水分子是极性分子，每个水分子都呈现明显的正负极性、是无序性的排列，当它处于电磁场中时，水分子受到电磁场的作用将形成有序地排列，同时形成与电场一致的极性方向，如果当外加电磁场不断变换其极性方向时，水分子的极性也将随之不断改变其极性排列方向，因此而产生类于摩擦生热的分子热运动效应，每个水分子就是一个热源。微波磁控管振荡频率是在2450MHz下，不停的振荡，将水分子的极性不断变化，其极性排列方向也随之变化，分子之间产生摩擦，生热的分子热运动而聚集热量，微波加热就是利用这极性分子的热运动效应，使微波能转化成为热动能而达到物质加热脱水干燥之目的。

二）微波干燥的机理:

常规干燥过程，一般热的能量从物质表面开始向其内部逐步渗透使其得到干燥。该加热方式依赖热的能量传导、对流与热的辐射、热的能量传递给被加热干燥的物质。热能量从物质的外部逐渐把热量传至到物质内部，遂使物质达到干燥之目的，这种热能传导速度是很慢的过程。因而造成能源的耗散，效率极低，同时造成环境的污染，劳动强度消耗较大，经济效益较低。不利国民经济快速向前发展。

微波加热是一种物质体加热，与常规的表面加热方式不同，因而微波能加热干燥具有独特的机理。

由于物质结构内部均含有一定量的水极性分子，又因水分子的介质损耗较大，它能够吸收大量的微波能量，并将其能量转换成热能。因此物质的升温和物质内部的水分子的蒸发过程是在物质整体中间同时进行的。微波加热、物质的表面和内部同时吸收微波能量。而水分的蒸发过程发生在物质的表面，受到蒸发冷却和空气介质的相互影响而使物质表面温度略低于其内层，形成了温度梯度差。物质内部吸收微波能量产生热量，水分子的蒸发迅速产生，形成蒸汽压力的梯度差。迫使物质内部的水蒸气向外部排出。由此可见，微波加热干燥过程中所产生的温度梯度差、压力梯度差和传热方向均为一致。从而改善了物质在干燥过程中水分子迁移条件，微波加热干燥优于常规干燥。微波干燥从物质整体而言是由内部向外部干燥过程，首先物质由内层得到干燥效果。这样物质在干燥过程中外表面不会形成硬性壳体结构，该层组织结构由于外形硬化，阻碍物质内部的水分向外排溢。因此可见微波干燥优于常规方法。

三） 微波加热干燥的优点:

A） 微波干燥速度快时间短:

1.在微波电磁场的作用下，被干燥物质内部的水极性分子随着微波电磁场频率的变化而反复转换其极性。而使物质内部极性水分子产生热运动。因此可将其物质视为整体加热。加热时间极短。

2. 微波加热，由于热能量的传递，内部水分子产生蒸发，物质外部温度会低于内部温度。热能量由内部向外部传递，水分子同样由内部向外部转移，传质与传热同向，因此提高干燥速率。

3）物质干燥时，其内部温度很快就接近水的沸点温度，蒸发速率快速产生，物质内部与表层之间存在着一定的压力梯度差，从而驱使水分子的蒸汽快速从物质内部向外表面排出，进一步加速物质的干燥速率。

4）微波干燥对物质进行整体加热，由于微波能具有光速一样传播速率，当微波设备的电源开启后，微波能立即渗透到物质内部进行加热。如果将微波设备的电源关断后，物质则立即停止了加热。因此物质加热干燥时不需要进行预热和冷却过程。操作使用飞长快捷方使，节时省电。

5）物质中只要含有水分，含水量越高，其吸收微波能量就越强。物质加热干燥速度就越快。这一特性更加显示出微波能加热干燥优点。

B）微波加热干燥提高产品质量:

微波加热干燥依靠物质吸收微波能量转换成热能，物质各部位同时升温至一定的温度，物质内部各个质点的温度阶相同。因此克服了传统加热干燥方法中借助物质自身的热传导，热量由物质外部而其内部传递，而水蒸汽则由内而向外传递，形成逆向传导。如果要提高干燥速度，物质内部水分向外扩散速度赶不上物质表面水分的蒸发速度。因而导致被加热干燥物质内部温度不均匀性，进一步造成物质内外含水率的极大的差异，引起物质结构内外层之间收缩率不均匀，产生不同的收缩，导致产品发生变形和开裂损坏。采用微波加热干燥物质产品质量，性能均优于传统加热方法。受到人们广泛的注视。