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蜂窩陶瓷由于成形時(shí)含水分較多，孔隙多，且坯體內(nèi)孔壁特別薄，用傳統(tǒng)的方法因加熱不均勻，極難干燥，加之蜂窩陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)差，其干燥過程要求特別嚴(yán)格，特別是用于環(huán)保汽車，蓄熱體，紅外輻射燃燒板等方面的蜂窩陶瓷，干燥過程控制不好，易變形，影響孔隙率及比表面積。

目前，蜂窩陶瓷的干燥方式有自然干燥法、遠(yuǎn)紅外干燥法、蒸汽干燥法、微波干燥法等^[3]，其中微波干燥方法能克服厚壁蜂窩陶瓷的干燥存在表面與內(nèi)部干燥速度不一樣的問題，同時(shí)也解決了坯體干燥前強(qiáng)度不高，搬運(yùn)困難，干燥后易開裂的問題。

1   微波干燥的特點(diǎn)

微波干燥是用微波照射濕坯體，電磁場(chǎng)方向和大小隨時(shí)間作周期性變化使坯體內(nèi)極性水分子隨著交變的高頻電場(chǎng)變化，分子產(chǎn)生劇烈的轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生摩擦轉(zhuǎn)化為熱能，達(dá)到坯體整體均勻升溫、干燥的目的。微波照射的穿透能力比遠(yuǎn)紅外線大得多，而且頻度越小，微波的半功率深度越大。為此，微波干燥的特點(diǎn)歸納如下四點(diǎn)^[4]：

（1）加熱快速均勻

與普通方法相比，由于微波對(duì)吸收介質(zhì)有較強(qiáng)的穿透能力，熱量不必以熱傳導(dǎo)的形式從表面向物料內(nèi)部傳遞，而是直接將能量作用于整個(gè)物料，在物料內(nèi)部瞬時(shí)轉(zhuǎn)化為熱量，大大縮短了加熱時(shí)間。

（2）加熱的選擇性

微波加熱利用的是介質(zhì)損耗原理，在加熱過程中通過介質(zhì)損耗將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，所以只有吸收微波的物質(zhì)才能被微波加熱，由于水的介質(zhì)損耗很大，它吸收的微波能比其它物質(zhì)大得多。

（3）熱效率高，節(jié)約能源。

微波直接與物料相互作用，不需要加熱空氣、加熱設(shè)備的大面積器壁及輸送設(shè)備等，而且加熱室為金屬制造的密閉空腔，既可提高熱利用率，又可以保證操作人員的安全，同時(shí)空腔反射微波，使之不向外泄露，只能為物料所吸收。

（4）反應(yīng)靈敏，易控制，產(chǎn)品質(zhì)量高

在微波干燥時(shí)，由于表面的對(duì)流換熱，物料表面溫度低于中心，在物料表面很少產(chǎn)生溫度過熱和結(jié)殼的現(xiàn)象，有利于水分的向外蒸發(fā)，有些場(chǎng)合還可以利用風(fēng)熱或蒸汽進(jìn)行表面加熱，組成了混合加熱方式，有利于坯體內(nèi)外加熱均勻，從而降低了產(chǎn)品不合格率。能量的輸出大小可以通過電源開關(guān)的控制來實(shí)現(xiàn)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2   蜂窩陶瓷的干燥工藝過程^[5]

2.1陶瓷坯體的水分與干燥的關(guān)系

陶瓷生坯內(nèi)的水分有三種：一是化學(xué)結(jié)合水，是坯料物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一部分；二是吸附水，是坯料顆粒所構(gòu)成的毛細(xì)管中吸附的水分，吸附水膜厚度相當(dāng)于幾個(gè)到十幾個(gè)水分子，密度大于1受坯料組成和環(huán)境影響；三是游離水，游離于坯料顆粒間；基本符合水的一般物理性質(zhì)。坯體干燥時(shí)，游離水極易排出。隨著周圍環(huán)境的濕度與溫度的不同，吸附水也有部分在干燥過程排出。干燥后坯體吸附水的含量取決于坯料組成，環(huán)境的條件和放置時(shí)間的長(zhǎng)短。

2.2 干燥過程與生坯變化

坯體排出水分可分兩方面：由生坯表面蒸發(fā)水分?jǐn)U散到周圍介質(zhì)中去，為外擴(kuò)散；生坯內(nèi)部水分遷移到表面為內(nèi)擴(kuò)散；內(nèi)、外擴(kuò)散是傳質(zhì)過程，是要吸收能量的。隨著生坯含水率降低，干燥過程可分為：預(yù)熱階段、等速干燥階段、降速干燥階段與平衡狀態(tài)。

(1)預(yù)熱階段

干燥過程剛開始(K)生坯溫度約等于室溫，得到的熱量大于這時(shí)的汽化所需的熱量，生坯溫度上升；隨著生坯溫度升高，得到的熱量與汽化熱量相等。由K到A是預(yù)熱階段，一般時(shí)間很短(如圖2)。當(dāng)生坯含水率低或采用紅外干燥時(shí)這個(gè)過程就更短。這一階段生坯體積基本不變。

(2)等速干燥階段

從A到B水分自生坯外表面的連續(xù)水膜蒸發(fā)，內(nèi)部水分不斷補(bǔ)充，內(nèi)、外擴(kuò)散速度相等。吸收的能量都供蒸發(fā)。干燥速率ｕ固定不變。隨著含水率降低，顆粒在水的表面張力作用下被拉近，生坯逐漸收縮，收縮的體積相當(dāng)于排除水的體積。這是關(guān)鍵的階段，應(yīng)使生坯表面溫度均勻、盡量保持不變。

(3)降速干燥階段

由B開始生坯失去外表面的水膜，顆?？繑n，毛細(xì)管的直徑更小，使內(nèi)擴(kuò)散阻力增大，外擴(kuò)散因此受到制約。ｕ隨含水率Wa的降低而降低。生坯略有收縮，原因一是顆粒由靠攏到貼緊有一段過程；二是充水膨脹了的礦物減少物理水會(huì)有微量收縮。隨著含水率降低體積收縮越來越小。由C到D上述雙重作用基本結(jié)束，含水率降低的生坯基本不再收縮，一般不會(huì)引起生坯變形或開裂。B到C的蒸發(fā)主要在接近外表面的毛細(xì)管口；C到D含水更少、氣孔更多，蒸發(fā)面轉(zhuǎn)移到生坯內(nèi)部。由B開始生坯逐步升溫，顏色也逐步改變：由潤(rùn)濕的深色逐步減退到粉體的淺色。由等速干燥階段轉(zhuǎn)為降速干燥階段時(shí)B的含水率稱為(*)臨界含水率；將C的含水率稱為第二臨界含水率。

(4)平衡狀態(tài)

到達(dá)D之后生坯水分與環(huán)境的交換呈平衡狀態(tài)，干燥過程終止。這時(shí)的含水率為zui終含水率，除與周圍介質(zhì)溫度、相對(duì)濕度有關(guān)外，還與坯料組成有關(guān)。根據(jù)工藝要求確定適當(dāng)?shù)膠ui終含水率：過高則降低生坯強(qiáng)度和窯爐的效率；過低則會(huì)浪費(fèi)干燥用的能量，以接近生坯與車間環(huán)境處于加熱平衡狀態(tài)的平衡含水率為宜。

3  微波干燥技術(shù)在蜂窩陶瓷中的實(shí)例研究

坯體在干燥過程中形成的水分梯度會(huì)使坯體出現(xiàn)不均勻的收縮，從而產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過了呈塑性狀態(tài)坯體的屈服值時(shí)就會(huì)產(chǎn)生變形、當(dāng)應(yīng)力超過了呈塑性狀態(tài)的強(qiáng)度時(shí)就會(huì)引起開裂。

干燥工藝對(duì)蜂窩陶瓷的成品率影響很大，蜂窩陶瓷大多數(shù)采用濕法擠出成形，其原料中加入了15～20%的水分，而蜂窩陶瓷的內(nèi)部是由許多格子狀的薄的間壁分割而成的，擠出后不能夠搬運(yùn)和后續(xù)加工，如不進(jìn)行快速干燥操作，原有的形狀將產(chǎn)生變形，因此必須將其快速快干燥定型；另一方面擠出成型的蜂窩陶瓷生坯其內(nèi)部顆粒(主要是呈片狀的粘土顆粒、滑石顆粒)呈定向排列。凡坯體中顆粒定向排列較為明顯的，在干燥過程中都會(huì)引起不同方向上的不均勻收縮。