本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料成型技術(shù)，尤其是一種復(fù)合材料微波成型技術(shù)，具體地說是一種能提高微波諧振腔電磁場分布均勻性的方法及微波諧振腔結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

先進復(fù)合材料具有比強度和比模量高、抗疲勞性能好、耐腐蝕性能好和整體成型性好等許多優(yōu)異特性，飛機上大量應(yīng)用復(fù)合材料不僅可以明顯地減輕飛機的結(jié)構(gòu)重量，提高飛機的性能，還可以大大減少零部件數(shù)量，簡化工裝、利于進行大部件組裝，加快制造周期。應(yīng)用部位由次承力結(jié)構(gòu)向主承力結(jié)構(gòu)過渡，目前復(fù)合材料已廣泛用于各種操縱面、機翼和機身等主承力部位。復(fù)材在復(fù)雜曲面構(gòu)件上的應(yīng)用越來越多，如進氣道、機身段、壓力隔框等。構(gòu)件向整體成型、共固化方向發(fā)展，可以明顯減少零件、緊固件和模具的數(shù)量，大幅度地減少裝配工序，是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減重的重要措施，也是降低成本的一種有效方法。

目前，先進復(fù)合材料的主要成型工藝是熱壓罐固化工藝。將復(fù)合材料與成型模具封裝后送入熱壓罐中，加溫加壓固化成型。熱壓罐固化工藝以熱傳導(dǎo)方式加熱復(fù)合材料，復(fù)合材料內(nèi)部的溫差大；罐體內(nèi)所有材料包括氣體介質(zhì)均需加熱至高溫，能耗高，固化周期長、效率低。微波固化復(fù)合材料工藝是一種極有潛力替代熱壓罐的工藝技術(shù)，能內(nèi)外同時均勻加熱復(fù)合材料，加熱速度快。微波固化過程中，只加熱復(fù)合材料，罐內(nèi)其他材料與氣體介質(zhì)均不加熱，能耗低，固化周期短，效率高。

微波具有加熱速度快、溫度易于控制、能耗低、選擇性加熱、能夠?qū)Υ笮筒⑶逸^厚的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件進行加熱等優(yōu)點，已在工業(yè)領(lǐng)域和生活領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。然而微波諧振腔的四周均為金屬材料，傳輸過程中微波會在金屬壁面反射。入射波與反射波通過疊加進一步形成駐波。在加熱過程中，固定駐波的波節(jié)和波腹會在被加熱對象上形成溫度的冷點和熱點，從而導(dǎo)致被加熱對象溫度分布不均，200mm尺寸零件的局部溫差甚至高達到60℃，從而成為限制微波加熱發(fā)展的主要瓶頸。為解決上述問題，現(xiàn)有的做法是采用多路微波源、模式攪拌器等方法以避免在某一區(qū)域形成固定的冷點和熱點分布。然而，多路微波源雖然一定程度上改善微波場的均勻性，但是由于微波源的數(shù)目受微波諧振腔尺寸和成本的限制，只能一定程度改燒原有的電磁場，無法有效提高電磁分布均勻性。模式攪拌器通過反射微波以避免形成單一的電磁場分布，與多路微波源的改善原理相同，同樣無法提高諧振腔內(nèi)電磁場的均勻性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的微波諧振腔由于微波反射而導(dǎo)臻加熱溫度均勻性差，影響加熱效果和材料性性的問題，發(fā)明一種能提高微波諧振腔電磁場分布均勻性的方法，同時設(shè)計一種能提高微波諧振腔電磁場分布均勻性的微波諧振腔體。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：

一種能提高微波諧振腔電磁場分布均勻性的方法，其特征是通過在微波諧振腔體中設(shè)置帶孔隔離邊界，將微波諧振腔體分隔成強電磁場區(qū)域與弱電磁場區(qū)域，弱電磁場區(qū)域的電磁場由強場區(qū)域的電磁場在兩者的邊界多次反射后，經(jīng)由帶孔隔離邊界上的孔入射到弱電磁區(qū)域；隔離邊界孔上形成微波源，數(shù)量巨大的微波源之間相互耦合和干涉后加熱放置于弱電磁場區(qū)域的加熱對象，極大地減小了冷點與熱點的區(qū)域尺寸，從而提高微波諧振腔內(nèi)電磁場分布均勻性；冷點與熱點表征了腔體中不均勻的電磁場分布，冷點為駐波的波節(jié)，熱點為駐波的波腹。

為了進一步提高均勻性可在強電磁場區(qū)域增加模式攪拌器以增加電磁場在強電磁場區(qū)域與邊界的反射。

所述的帶孔隔離邊界采用不透波耐高溫材料。

所述的不透波耐高溫材料為金屬材料或由輕質(zhì)材料內(nèi)層和金屬表層組成的材料。

所述的帶孔隔離邊界表面形狀為平面或復(fù)雜曲面；帶孔隔離邊界可以為單個邊界或由多個單個邊界組合成成的多邊形腔體；帶孔隔離邊界的位置要求不平行于最近的微波諧振腔體壁面，其與微波諧振腔體壁面的距離要求最小值為1/4個波長，最大值為4個波長；帶孔隔離邊界在微波諧振腔內(nèi)的固定方法采用與壁面、支撐柱或鉸鏈的焊接、鉚接、螺紋連接類的機械連接或膠接、電磁吸附類的非機械連接；采用的支撐柱或鉸鏈類連接材料為非金屬材料；帶孔隔離邊界上孔的形狀為矩形，腰型，圓形和十字型；帶孔隔離邊界上的開孔尺寸隨著與微波輻射天線的距離增大而增大，且孔的直徑或長度不小于腔體內(nèi)電磁場波長的1/4，孔與孔之間最短距離同樣不小于電磁場波長的1/4；孔的排布方向可單一方向排布也可以多向排布。

在微波諧振腔體外壁面上設(shè)置多路微波天線裝置；微波發(fā)生裝置發(fā)射微波，并經(jīng)過輻射天線或微波諧振腔體接觸位置的耦合裝置向腔體內(nèi)部饋入微波，其功率可單獨控制也可組合控制；微波頻率范圍為300mhz～300ghz；微波頻率可固定不變或按照20mhz以上的范圍線性或非線性變化；微波天線裝置可以為波導(dǎo)裂縫天線，桿狀天線、圓環(huán)天線、螺線天線、喇叭天線或微帶天線中的一種或多種。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二是：

一種能提高微波諧振腔電磁場分布均勻性的微波諧振腔體，其特征是它包括多邊形外腔體2，微波天線裝置1安裝在所述的外腔體2上，在外腔體2中設(shè)有由帶孔隔離邊界組成的內(nèi)腔體3，加熱對象安裝在內(nèi)腔體3中；微波天線裝置1發(fā)射的微波在內(nèi)腔體3和外腔體2之間經(jīng)多次反射后經(jīng)由帶孔隔離邊界上的孔形成微波源入射到內(nèi)腔體3中的弱電磁區(qū)域加熱放置于弱電磁場區(qū)域的加熱對象；數(shù)量巨大的微波源之間相互耦合和干涉后，極大地減小了冷點與熱點的區(qū)域尺寸。

在外腔體2和內(nèi)腔體3之間設(shè)有模式攪拌器以增加電磁場在強電磁場區(qū)域與邊界的反射。

所述的帶孔隔離邊界采用不透波耐高溫材料，所述的不透波耐高溫材料為金屬材料或由輕質(zhì)材料內(nèi)層和金屬表層組成的材料。

所述的帶孔隔離邊界表面形狀為平面或復(fù)雜曲面；帶孔隔離邊界可以為單個邊界或由多個單個邊界組合成成的多邊形腔體；帶孔隔離邊界的位置要求不平行于最近的微波諧振腔體壁面，其與微波諧振腔體壁面的距離要求最小值為1/4個波長，最大值為4個波長；帶孔隔離邊界在微波諧振腔內(nèi)的固定方法采用與壁面、支撐柱或鉸鏈的焊接、鉚接、螺紋連接類的機械連接或膠接、電磁吸附類的非機械連接；采用的支撐柱或鉸鏈類連接材料為非金屬材料；帶孔隔離邊界上孔的形狀為矩形，腰型，圓形和十字型；帶孔隔離邊界上的開孔尺寸隨著與微波輻射天線的距離增大而增大，且孔的直徑或長度不小于腔體內(nèi)電磁場波長的1/4，孔與孔之間最短距離同樣不小于電磁場波長的1/4；孔的排布方向可單一方向排布也可以多向排布。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提出一種新的思路解決微波諧振腔內(nèi)電磁場不均勻的難題，顯著提高了腔體內(nèi)電磁場的均勻性。實現(xiàn)加熱件整體溫差不超過3攝氏度的優(yōu)良均溫性，溫度均勻性提高20倍以上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的諧振腔體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的內(nèi)腔體壁面上通孔示意圖。

圖中：1為天線裝置、2為外腔體、3為內(nèi)腔體。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例一。

如圖1-2所示。

一種能提高微波諧振腔電磁場分布均勻性的方法，通過在微波諧振腔體中設(shè)置帶孔隔離邊界，將微波諧振腔體分隔成強電磁場區(qū)域與弱電磁場區(qū)域，弱電磁場區(qū)域的電磁場由強場區(qū)域的電磁場在兩者的邊界多次反射后，經(jīng)由帶孔隔離邊界上的孔入射到弱電磁區(qū)域；隔離邊界孔上形成微波源，數(shù)量巨大的微波源之間相互耦合和干涉后加熱放置于弱電磁場區(qū)域的加熱對象，極大地減小了冷點與熱點的區(qū)域尺寸，從而提高微波諧振腔內(nèi)電磁場分布均勻性；冷點與熱點表征了腔體中不均勻的電磁場分布，冷點為駐波的波節(jié)，熱點為駐波的波腹。為了進一步提高均勻性可在強電磁場區(qū)域增加模式攪拌器以增加電磁場在強電磁場區(qū)域與邊界的反射。所述的帶孔隔離邊界采用不透波耐高溫材料如金屬材料或由輕質(zhì)材料內(nèi)層和金屬表層組成的材料。所述的帶孔隔離邊界表面形狀為平面或復(fù)雜曲面；帶孔隔離邊界可以為單個邊界或由多個單個邊界組合成成的多邊形腔體；帶孔隔離邊界的位置要求不平行于最近的微波諧振腔體壁面，其與微波諧振腔體壁面的距離要求最小值為1/4個波長，最大值為4個波長；帶孔隔離邊界在微波諧振腔內(nèi)的固定方法采用與壁面、支撐柱或鉸鏈的焊接、鉚接、螺紋連接類的機械連接或膠接、電磁吸附類的非機械連接；采用的支撐柱或鉸鏈類連接材料為非金屬材料；帶孔隔離邊界上孔的形狀為矩形，腰型，圓形和十字型；帶孔隔離邊界上的開孔尺寸隨著與微波輻射天線的距離增大而增大，且孔的直徑或長度不小于腔體內(nèi)電磁場波長的1/4，孔與孔之間最短距離同樣不小于電磁場波長的1/4；孔的排布方向可單一方向排布也可以多向排布。在微波諧振腔體外壁面上設(shè)置多路微波天線裝置；微波發(fā)生裝置發(fā)射微波，并經(jīng)過輻射天線或微波諧振腔體接觸位置的耦合裝置向腔體內(nèi)部饋入微波，其功率可單獨控制也可組合控制；微波頻率范圍為300mhz～300ghz；微波頻率可固定不變或按照20mhz以上的范圍線性或非線性變化；微波天線裝置可以為波導(dǎo)裂縫天線，桿狀天線、圓環(huán)天線、螺線天線、喇叭天線或微帶天線中的一種或多種。

具體到圖1、2而方，本發(fā)明的關(guān)鍵是在外腔體2內(nèi)部放置一層由圖2所示的壁面組合而成的內(nèi)腔體3。內(nèi)腔體3將整個腔體分為電磁場強的區(qū)域和電磁場弱的區(qū)域。微波從外腔體2上的天線裝置1入射到內(nèi)腔體3壁面上，密集的微波束經(jīng)由內(nèi)外腔體壁面多次反射變得分散，隨后分散的微波經(jīng)由內(nèi)腔體3壁面上的孔入射到弱電磁場區(qū)域，并加熱被加熱對象。

本實例采用的微波固化頻率為2450±30mhz。被加熱對象為玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料，尺寸為500mm*500mm。本實例中天線裝置1采用裂縫天線。內(nèi)外腔體2截面采用正七邊形，且外腔體2兩壁面的交線正對內(nèi)腔體3的一個壁面。外腔體2的邊長為1m，內(nèi)腔體2的邊長為0.8m。內(nèi)外腔體的中心軸相差不超過5mm。內(nèi)腔體3上孔型采用圓角矩形孔，如圖2所示。其長寬各為3cm與1cm。相鄰圓角矩形孔中心距均不小于6cm。此外，越遠離外腔體2上的天線裝置1，圓角矩形孔的尺寸越大,最遠處圓角矩形孔長、寬各為6cm與2cm。

微波發(fā)生源與微波傳輸天線相連，微波傳輸線的另外一端與裂縫天線相連，微波由微波發(fā)生源產(chǎn)生，通過裂縫天線輻射至外腔體2內(nèi)。最終經(jīng)過內(nèi)腔體3上的孔隙輻射到玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料。實驗結(jié)果表明，相比原有的腔體設(shè)計方法，玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料表面最大溫差從原有的25℃降低為3℃，顯著提高了材料微波加熱的溫度均勻性。

實施例二。

如圖1-2所示。

一種能提高微波諧振腔電磁場分布均勻性的微波諧振腔體，它包括多邊形外腔體2，如圖1所示，微波天線裝置1安裝在所述的外腔體2上，在外腔體2中設(shè)有由圖2所示的帶孔隔離邊界組成的內(nèi)腔體3，加熱對象安裝在內(nèi)腔體3中；微波天線裝置1發(fā)射的微波在內(nèi)腔體3和外腔體2之間經(jīng)多次反射后經(jīng)由帶孔隔離邊界上的孔形成微波源入射到內(nèi)腔體3中的弱電磁區(qū)域加熱放置于弱電磁場區(qū)域的加熱對象；數(shù)量巨大的微波源（成百上千個）之間相互耦合和干涉后，極大地減小了冷點與熱點的區(qū)域尺寸。具體實施時，還可在外腔體2和內(nèi)腔體3之間設(shè)置攪拌器以增加電磁場在強電磁場區(qū)域與邊界的反射效果。所述的帶孔隔離邊界應(yīng)采用不透波耐高溫材料，如金屬材料或由輕質(zhì)材料內(nèi)層和金屬表層組成的材料。帶孔隔離邊界表面形狀可為平面或復(fù)雜曲面；帶孔隔離邊界可以為單個邊界或由多個單個邊界組合成成的多邊形腔體；帶孔隔離邊界的位置要求不平行于最近的微波諧振腔體壁面，其與微波諧振腔體壁面的距離要求最小值為1/4個波長，最大值為4個波長；帶孔隔離邊界在微波諧振腔內(nèi)的固定方法采用與壁面、支撐柱或鉸鏈的焊接、鉚接、螺紋連接類的機械連接或膠接、電磁吸附類的非機械連接；采用的支撐柱或鉸鏈類連接材料為非金屬材料；帶孔隔離邊界上孔的形狀為矩形，腰型，圓形和十字型；帶孔隔離邊界上的開孔尺寸隨著與微波輻射天線的距離增大而增大，且孔的直徑或長度不小于腔體內(nèi)電磁場波長的1/4，孔與孔之間最短距離同樣不小于電磁場波長的1/4；孔的排布方向可單一方向排布也可以多向排布。

本發(fā)明的工作原理是：

在微波諧振腔體中設(shè)置多個強電磁場區(qū)域與弱電磁場區(qū)域，不同區(qū)域被帶孔隔離邊界分隔開，弱電磁場區(qū)域的電磁場由強場區(qū)域的電磁場在兩者的邊界多次反射后饋入。隔離邊界數(shù)量巨大的孔隙轉(zhuǎn)換為新的微波源，發(fā)射微波。孔隙微波源相互耦合與干涉，使得原有諧振腔內(nèi)的冷點與熱點尺寸和相互的間隔距離大大縮小，顯著提高了諧振腔內(nèi)電磁場的均勻性。

以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或是等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。