炭黑被用作吸热剂在微波混合加热（MHH）过程中，主要是为了克服金属粉末在室温下反射微波能量的天然倾向。通过快速吸收微波并将其转化为热量，炭黑充当了中间热源，使导电金属粉末能够达到直接吸收微波所需的临界温度。
核心要点 由于反射率高，金属在低温下直接微波加热效率低下。炭黑充当“热桥”，通过传导吸收能量产生热量，从而提高金属粉末的温度，直到其自身能够有效地与微波场耦合。
直接微波加热的挑战
反射问题
在室温下，金属颗粒——例如镍——对微波辐射就像镜子一样。它们不会吸收能量并加热，而是反射微波，使得在过程的初始阶段直接加热效率低下或不可能。
吸热剂的作用
为了解决这个问题，在加热环境中引入了像炭黑这样的吸热剂材料。与金属不同，炭黑具有介电特性，使其能够快速吸收微波能量而不是反射它。
即时能量转换
暴露在微波场中后，炭黑的温度会迅速升高。它在系统中充当一个独立于金属粉末初始响应的活性加热元件。
混合加热的机制
通过传导进行热传递
一旦炭黑加热起来，它就会将热能传递给相邻的材料，例如镍-氮化硼（Ni-BN）混合物。这种传递通过热传导发生，有效地绕过了金属对微波吸收的初始阻力。
达到临界温度
炭黑提供的热量提高了金属粉末的温度。随着金属温度升高，其物理性质发生变化，降低了其反射率。
实现微波耦合
最终，金属粉末达到临界温度。在这个独特的临界点，金属开始有效地直接与微波耦合，从而使过程从间接传导加热过渡到直接微波加热。
理解过程动力学
依赖于邻近性
由于该过程在早期阶段严重依赖于热传导，因此热传递的效率取决于材料的物理排列。炭黑必须有效地放置，以便将热量传递给目标粉末。
两阶段加热曲线
认识到 MHH 是一个双相过程很重要。它始于炭黑提供的外部加热，一旦金属自身产生与电磁场的耦合，便转向内部加热。
如何将其应用于您的项目
在设计用于冶金的微波混合加热过程时，请考虑以下有关吸热剂选择的因素：
- 如果您的主要重点是加热高反射金属： 利用炭黑来弥合“冷启动”的差距，在此阶段，镍等材料会反射而不是吸收能量。
- 如果您的主要重点是过程效率： 确保炭黑和金属粉末之间的热传导路径得到优化，以快速达到临界耦合温度。
炭黑提供了启动加热所需的基本热量，而其他材料则会抵抗微波相互作用。
总结表：
| 特征 | 直接微波加热 | 带炭黑的微波混合加热 (MHH) |
|---|---|---|
| 初始相互作用 | 金属粉末高反射 | 炭黑吸热剂快速吸收 |
| 加热方法 | 内部（耦合后） | 两阶段：传导然后直接耦合 |
| 冷启动能力 | 反射金属非常低 | 高；炭黑启动热斜坡 |
| 效率 | 室温下效率差 | 通过中间热桥优化 |
| 关键结果 | 加热不均匀或不加热 | 均匀加热至临界温度 |
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参考文献
- Shashi Prakash Dwivedi, Raghad Ahmed. Revolutionizing Surface Enhancement: Microwave-Assisted Cladding of Ni-Boron Nitride Mixture onto SS-304. DOI: 10.1051/e3sconf/202450701008
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
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