一种利用微波加热分区控温装置

1.本实用新型涉及一种利用微波加热分区控温装置，属于多种固体材料或化学试剂分区控温加热技术领域。


背景技术：

2.传统的实验方法是基于已有的理论和经验，对所要研究的材料进行理论计算分析再进行分组实验，根据理论计算分析和实验结果对比进行小批量的制备，最后根据所制备的样品进行优化和调整。通过多次该过程的循环，最终得到较为理想的结果，该研究方法被称为“试错法”。但是利用该研究方法一次实验制备一个样品效率低，试验周期长且研发成本较高，极大影响着实验效率成为现代工业发展的瓶颈。
3.传统的加热方式通过对材料周围环境或其表面进行加热，待其材料表面温度升高后通过传热使材料内部升温，从而实现材料的整体加热，该加热方式效率低、均匀性差、易出现大温度梯度等。微波加热基于介电理论利用微波具有透过电磁损耗材料的特性，直接将电磁能转化成热能并在样品内部核心产生热量，因其特殊的加热原理具有即时性、整体性、节能高效性、安全无害等优点。
4.实验常常需要对相同材料在不同温度下进行多组对比实验，或相同材料在相同温度下的多种特性参数的测量。对于传统实验设备而言要满足此要求，需要数台相同功能的设备或者同一设备进行多组实验以达到实验目的。前者耗费大量资金，后者耗费大量时间，因此能够满足一次实验得到多组实验结果的实验仪器的需求是一直存在的问题。
5.现有固体材料和化学试剂进行烧结熔融和化学反应，其效率低、制备成本高。主要存在以下三个技术问题：
6.一、制配材料的组合成分单一。材料的成分对其性能起着主导作用，以粉末材料烧结熔融制备为例，现在方法一次只能选取一种组合进行配比并烧结熔融，因此完成全部过程耗时较长很难确定最优成分配比。
7.二、制配材料时控制温度单一。温度的控制对材料的制备具有重要影响，以化学试剂的制备为例，温度过高会导致一些放热的化学反应速率下降，温度过低会使化学反应不均匀，降低化学反应速率，因此没有大量的实验是很难确定最优的温度条件。
8.三、制配材料时研发成本昂贵。以化学试剂的制备为例，在制备某些特殊化学试剂时样品原料价格昂贵且使用量大并需要多次试验，因此研发成本昂贵。
9.微波作为一种频率范围在300mhz～300ghz的电磁波，已被当作为一种快速制备高质量新型材料以及促进传统材料具有新性能的技术手段。例如：微波烧结工艺使烧结活化能降低，扩散系数提高，使晶粒来不及长大就已经完成烧结，是制备高强度、高硬度、高韧性纳米陶瓷材料的有效手段。
[0010]“材料高通量实验”作为“材料基因组技术”三大要素之一，是指在短时间内完成大量样品的制备与表征，高通量合成制备，即在1次实验中完成多组分目标材料体系制备，使制备具有高效性、系统性和一致性。
[0011]
透波材料作为多功能介质材料，在航天航空、导弹制导、通讯等方面具有广泛的应用。介电性能是判断材料的透波性能优劣一个重要指标，不同隔热保温材料的介电常数不同致使其对微波的透过率也不相同，利用这一规律可实现微波加热的分区控温，本实用新型便是提供一种高通量实验结构。目前对于应用不同透波性能的陶瓷纤维隔热材料进行微波加热分区控温，且进行高通量实验的方法及装置还鲜见报道。


技术实现要素：

[0012]
本实用新型的目的是提供一种利用微波加热分区控温装置，利用微波对不同材料具有不同的透波率这一规律，将不同材质的隔热耐火透波材料制成一系列分区控温室，可一次性实现对腔体内的多种固体材料或化学试剂分区控温加热，也可实现对相同材料进行同条件分组加热。
[0013]
本实用新型按以下技术方案实现：一种利用微波加热分区控温装置，在微波加热炉外侧安装有微波源发生器2，微波加热炉上部开设有进气口1，微波加热炉侧部开设有出气口3，微波加热炉内部为微波腔体5，微波腔体5内安设有载物托盘4，载物托盘4上安设有分区控温装置6，载物托盘4上安设有定位销13，载物托盘4中部安设有定位柱14，分区控温装置6由2～20个单体分区控温室7组成，单体分区控温室7内开设有容腔8，容腔8内安设有容器10，容腔8顶部安设有上端盖9，单体分区控温室7底部开设有定位孔12，单体分区控温室7通过定位孔12与定位销13配合安置在载物托盘4上，单体分区控温室7内侧与载物托盘4的定位柱14配合。
[0014]
所述单体分区控温室7的横截面可为扇形、正方形、三角形、多边形结构，2～20个单体分区控温室7组成的分区控温装置6的横截面可为圆形、正方形、多边形结构。
[0015]
所述载物托盘4可为圆形、正方形、多边形结构。
[0016]
所述单体分区控温室7的上端盖9可为扇形、正方形、三角形、多边形结构。
[0017]
所述上端盖9上开设有测温口11，测温口11上安置测温装置用于测量分区控温室6内温度。
[0018]
所述容器10可为坩埚或烧杯，坩埚主要用于盛装固体材料，固体材料如：金属粉末、陶瓷、塑料颗粒等，烧杯主要用于盛装液体材料，液体材料如：化学试剂、胶体、溶液等。
[0019]
所述单体分区控温室7可采用硅酸铝纤维材料、高铝纤维材料、含锆纤维材料、多晶氧化铝纤维材料、高铝纤维材料和多晶莫来石纤维等材料制成，具体应用中，可以采用上述材料中的一种，也可以采用上述材料中的几种进行组合。
[0020]
所述微波源发生器2采用电子管（磁控管、速调管、行波管等）或晶体管（固态源）或集成电路（固态模块）。
[0021]
一种利用微波加热分区控温装置工作原理为：将多个不同材料或相同材料制成的单体分区控温室7分别定位孔12与定位销13配合卡入载物托盘4上，将盛放不同固体样品、化学试剂或相同固体样品、化学试剂的容器10安置在单体分区控温室7的容腔8内，每个单体分区控温室7上盖有与之相同材料制成的单体分区控温室上端盖9，测温口11上插入测温装置，将载物托盘4放置在微波腔体5内，载物托盘4可在微波腔体5内旋转，保护气体通过进气口1进入微波腔体5内，启动微波源发生器2，由多个不同材料或相同材料制成的单体分区控温室7组成的分区控温装置6在微波炉的作用下，可一次性实现对容腔8内的多种固体样
品或化学试剂分区控温加热，也可实现不同温度下对相同固体样品或化学试剂进行同条件分组加热。
[0022]
本实用新型具有以下有益效果：
[0023]
1、微波加热对不同分区控温室内的固体材料或化学试剂提供不同的温度，可一次性制备多种组合成分样品也可获得多个实验样品材料在不同温度下的实验数据，加快实验进程；
[0024]
2、实验者只需进行少量的实验便可观察到材料在微波加热过程中的各种性能变化，从而达到提高实验效率降低成本的目的；
[0025]
3、微波加热相比于传统加热具有选择性、高效性、快速性、安全环保等优点，另一方面微波加热可根据实际材料制备情况，增加波导数量、改变排列方式以及添加感受器等方式进一步提高加热效率和均匀性。
附图说明
[0026]
图1为本实用新型的结构示意图；
[0027]
图2为本实用新型分区控温装置圆形安装结构示意图；
[0028]
图3为本实用新型分区控温装置正方形安装结构示意图；
[0029]
图4为本实用新型单体分区控温室扇形结构示意图；
[0030]
图5为本实用新型单体分区控温室正方形结构示意图；
[0031]
图6为本实用新型单体分区控温室扇形底部结构示意图；
[0032]
图7为本实用新型单体分区控温室正方形底部结构示意图；
[0033]
图8为本实用新型单体分区控温室扇形上端盖结构示意图；
[0034]
图9为本实用新型单体分区控温室正方形上端盖结构示意图；
[0035]
图10为本实用新型载物托盘圆形结构示意图；
[0036]
图11为本实用新型载物托盘正方形结构示意图；
[0037]
图12为本实用新型分区控温装置圆形结构示意图；
[0038]
图13为本实用新型分区控温装置正方形结构示意图；
[0039]
图中各标号为：1：进气口、2：微波源发生器、3：出气口、4：载物托盘、5：微波腔体、6：分区控温装置、7：单体分区控温室、8：容腔、9：上端盖、10：容器、11：测温口、12：定位孔、13：定位销、14：定位柱。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。
[0041]
实施例1：如图1
‑
13所示，一种利用微波分区控温加热装置，在微波加热炉外侧安装有微波源发生器2，微波加热炉上部开设有进气口1，微波加热炉侧部开设有出气口3，微波加热炉内部为微波腔体5，微波腔体5内安设有载物托盘4，载物托盘4上安设有分区控温装置6，载物托盘4上安设有定位销13，载物托盘4中部安设有定位柱14，分区控温装置6由6个单体分区控温室7组成，单体分区控温室7内开设有容腔8，容腔8内安设有容器10，容腔8顶部安设有上端盖9，单体分区控温室7底部开设有定位孔12，单体分区控温室7通过定位孔
12与定位销13配合安置在载物托盘4上，单体分区控温室7内侧与载物托盘4的定位柱14配合。
[0042]
单体分区控温室7的横截面为扇形结构，6个单体分区控温室7组成的分区控温装置6的横截面为圆形结构。
[0043]
载物托盘4为圆形结构
[0044]
单体分区控温室7的上端盖9为扇形结构。
[0045]
上端盖9上开设有测温口11，测温口11上安置测温装置用于测量分区控温室6内温度。
[0046]
容器10为坩埚，坩埚主要用于盛装固体材料，固体材料如：金属粉末、陶瓷、塑料颗粒等。
[0047]
单体分区控温室7采用硅酸铝纤维材料材料制成。
[0048]
微波源发生器2采用电子管。
[0049]
实施例2：如图1
‑
13所示，一种利用微波分区控温加热装置，在微波加热炉外侧安装有微波源发生器2，微波加热炉上部开设有进气口1，微波加热炉侧部开设有出气口3，微波加热炉内部为微波腔体5，微波腔体5内安设有载物托盘4，载物托盘4上安设有分区控温装置6，载物托盘4上安设有定位销13，载物托盘4中部安设有定位柱14，分区控温装置6由4个单体分区控温室7组成，单体分区控温室7内开设有容腔8，容腔8内安设有容器10，容腔8顶部安设有上端盖9，单体分区控温室7底部开设有定位孔12，单体分区控温室7通过定位孔12与定位销13配合安置在载物托盘4上，单体分区控温室7内侧与载物托盘4的定位柱14配合。
[0050]
单体分区控温室7的横截面为正方形结构，4个单体分区控温室7组成的分区控温装置6的横截面为正方形结构。
[0051]
载物托盘4为正方形结构
[0052]
单体分区控温室7的上端盖9为正方形结构。
[0053]
上端盖9上开设有测温口11，测温口11上安置测温装置用于测量分区控温室6内温度。
[0054]
容器10为烧杯，烧杯主要用于盛装液体材料，液体材料如：化学试剂、胶体、溶液等。
[0055]
单体分区控温室7采用多晶氧化铝纤维材料材料制成。
[0056]
微波源发生器2采用晶体管（固态源）。
[0057]
实施例2：如图1
‑
13所示，一种利用微波分区控温加热装置，在微波加热炉外侧安装有微波源发生器2，微波加热炉上部开设有进气口1，微波加热炉侧部开设有出气口3，微波加热炉内部为微波腔体5，微波腔体5内安设有载物托盘4，载物托盘4上安设有分区控温装置6，载物托盘4上安设有定位销13，载物托盘4中部安设有定位柱14，分区控温装置6由6个单体分区控温室7组成，单体分区控温室7内开设有容腔8，容腔8内安设有容器10，容腔8顶部安设有上端盖9，单体分区控温室7底部开设有定位孔12，单体分区控温室7通过定位孔12与定位销13配合安置在载物托盘4上，单体分区控温室7内侧与载物托盘4的定位柱14配合。
[0058]
单体分区控温室7的横截面为多边形结构，6个单体分区控温室7组成的分区控温
装置6的横截面为多边形结构。
[0059]
载物托盘4为多边形结构
[0060]
单体分区控温室7的上端盖9为多边形结构。
[0061]
上端盖9上开设有测温口11，测温口11上安置测温装置用于测量分区控温室6内温度。
[0062]
容器10可为坩埚或烧杯，坩埚主要用于盛装固体材料，固体材料如：金属粉末、陶瓷、塑料颗粒等，烧杯主要用于盛装液体材料，液体材料如：化学试剂、胶体、溶液等。
[0063]
分区控温装置6的6个单体分区控温室7分别采用硅酸铝纤维材料、高铝纤维材料、含锆纤维材料、多晶氧化铝纤维材料、高铝纤维材料、多晶莫来石纤维材料制成。
[0064]
微波源发生器2可以采用电子管（磁控管、速调管、行波管等）、晶体管（固态源）、集成电路（固态模块）等。