介质在微波场中吸收的能量可以表示为，其中，为单位体积介质吸收的微波功率为微波频率ε为真空介电常数为介质内部的有效电场ε为介电损耗因子，表征各种介质吸收微波的能力。

ε越高的物质如水和各种含水物质具有较高的介电损耗因子，在微波场中越容易吸收微波能而使自身温度升高。

表列出了些常见矿物的介电损耗因子和比热容，从表中可以看出些矿物如石英正长石斜长石等的介电损耗因子较小，对微波能的吸收能力较差而其，有效弱化岩石强度而当功率较低时，敏感矿物的升温较慢，很多热量由于热传导作用被传到不敏感矿物上，导致矿物间的温度梯度较为平缓，热应力减小，从而岩石弱化效果较差。

微波是指频率在范围内的电磁波，其波谱处于无线电波与红外线之间。

自年美国取得波导传输试验成功后，微波技术在广播通信电视和遥感等领域逐渐得到广泛应用杨瑞昆全绍辉，。

而在微波的使用过程中，些学者发现微波会引起热效应，于是开始对微波加热技术进行研究王家万和王亚夫，。

当电介质在微波照射作用下，介质中的偶极子随着电磁场的高频交变产生每秒高达数亿次的摆动微波加热设备常用的频率为和。

由于必须克服分子原有的热运动和分子间相互作用的干扰及阻碍，而产生激烈的摩擦，从而使微波能转化为介质的热能，宏观表现为介质温度的升高。

微波产生的升温具有体加热性质，即材料内部与外部可同时加热升温，从而大大缩短了常规加热中的热传导时间及减少了该过程中的能量损耗同时微波加热具有选择性，介电损耗因子大的物质对微波的吸收能力强，而微波照射试验时也得到类似结果，同时作者还发现样品的中心温度远高于表面温度。

等采用和的微波照射了玄武岩样品，微波照射后的样品外观未见明显变化，而微波照射后的样品表面产生了条宏观裂纹。

等用的微波处理钛铁矿，并用电子显微镜观察了不同照射时间后样品的微观结构，如图。

从图中可以看出，当照射时间为时，样品中微裂隙的数量比原状样品明显增加而当照射时间为时，除微裂隙数量进步增加外，其宽度也有所增长。

戴俊等用和的微波照射了花岗岩，并对照射后的样品进行巴西圆盘劈裂试验，结果如图所示。

从图中可以看出，当照射时间相同时，高功率微波能够更有效地弱化岩石强度而当功率定时，岩石强度随着照射时间的增加而下降，但其下降幅度随着照射时间的增长而趋缓。

等以及和对上述现象进行了数值模拟，得到了不同微波条件下岩石内部的应力和裂隙发育情况。

他们发现功率和时间的增加都将提高不同敏感性矿物间的温度梯度，产生更大的热矿物在微波照射下升温特性与岩石弱化效果研究分析矿物学论文质的热能，宏观表现为介质温度的升高。

微波产生的升温具有体加热性质，即材料内部与外部可同时加热升温，从而大大缩短了常规加热中的热传导时间及减少了该过程中的能量损耗同时微波加热具有选择性，介电损耗因子大的物质对微波的吸收能力强，而介电损耗因子小的物质吸收微波的能力弱。

岩石是由不同矿物组成的，各类矿物对于微波的敏感程度不同。

当岩石处于微波场中时，不同敏感性的矿物由于差异性热膨胀而在颗粒边界和内部产生热应力，当该应力超过岩石强度时，则会造成岩石损伤甚至开裂破坏潘艳宾，。

表坚硬岩石条件下掘进困难工程实例微波独立或者辅助机械破碎岩石的研究起源于世纪年代的前苏联，其现场试验超前于实验室研究，最初的目的是想为冻土及岩石开挖探寻种快速和低能耗的施工方法。

等设计了台综合微波和机械施工优点的联合掘进机断面为微波功率为对磷灰矿进行了现场开采试验，结果表明机械掘进微波掘进和微波机械联合掘进种模式的掘进速度分别为和，而比能分别为和。

等利敏感，且矿物对微波的反应还与其元素组成有关，比如低铁的闪锌矿对微波不敏感，而当闪锌矿中的较多的被取代形成高铁闪锌矿时，其微波敏感性显著提高。

等对种电介质的微波加热特性进行了详细的定量研究，并论述了微波加热矿物时的温度测定问题，弥补了等研究中温度无法准确测量的不足。

根据所测样品达到的最高温度和所用时间，等发现金属氧化物和些特殊物质如非晶碳的升温速率很快，能够达到很高的温度大多数金属硫化物和金属粉末升温较好大多数氯化物和脉石矿物几乎没有升温效应。

等在等成果的基础上研究了微波功率对矿物升温特性的影响，结果表明脉石矿物如石英和方解石等对微波不敏感，且微波功率的变化对其升温效果的影响也不明显氯化物在低功率时升温较慢，但在高功率下升温速率明显提高大多金属氧化物和金属硫化物的升温速率较快，且随着功率的增加进步变大些对微波极其敏感的矿物如磁铁矿和方铅矿等在任何功率下都有很高的升温速度的提高和钻头消耗降低所带来的效益。

图辉绿岩内部的孔洞和杏仁体刘汉文，图微波辅助破岩示意图，图微波辅助线性切割试验，图岩样照射点附近的裂纹分布和微波照射前后平均切割力的变化，结论不同矿物对微波的敏感程度不同，其敏感程度与矿物的族类晶型和铁元素含量有关。

当岩石处于微波场中时，不同敏感性的矿物由于差异性热膨胀而在颗粒边界和内部产生热应力当此应力大于岩石强度时，则会造成岩石损伤甚至开裂破坏，从而弱化岩石。

微波照射下矿物升温特性研究依据微波理论，单位体积介质在微波场中吸收的能量可以表示为，其中，为单位体积介质吸收的微波功率为微波频率ε为真空介电常数为介质内部的有效电场ε为介电损耗因子，表征各种介质吸收微波的能力。

ε越高的物质如水和各种含水物质具有较高的介电损耗因子，在微波场中越容易吸收微波能微波面照射试验研究标准样品试验可系统的研究微波弱化岩石的影响因素和机制，而微波面照射试验则更符合工程应用实际情况。

图为微波辅助破岩示意图，。

等和等采用的微波对多层玄武岩岩板块尺寸为的岩板进行了照射，并测量了照射距离不同时各层岩板中心的温度以及裂纹密度。

结果表明当照射距离最近时试验中设定的最小照射距离为，表面岩板在照射后温度达到，未出现裂纹，而照射后其温度达到了，局部裂纹密度为当照射时间定时，温度和裂纹密度均随着照射距离的增加而减小，且在照射距离大于后急剧衰减当照射时间和距离相同以内时，温度和裂纹密度随着岩板层数的增加而减小。

等对边长的花岗岩样进行了微波照射试验采用微波照射和微波照射，发现岩石表面均有碎块剥落形成坑洞，并可观测到深度超过的裂纹。

等采用的微波对边长的花岗岩和安山岩样进行了照射，发现两种岩块表面均具照射后即发生炸裂现象花岗岩饱和后的介电损耗因子略有升高，其升温和强度弱化效果也比干燥样略为明显玄武岩干燥和饱和状态下的微波照射效果几乎没有差别。

然而，戴俊等采用的微波对在水中浸泡不同时间的玄武岩样进行照射，发现随着浸泡时间的增长，微波照射后岩样的内部损伤更大，抗剪强度也更低。

图蒸汽压力与温度关系曲线上述研究中，微波对岩石的弱化主要是通过加热岩石中的敏感矿物而产生矿物间的差异性膨胀致裂，或者加热岩石空隙中的水使其汽化膨胀致裂。

除了以上两种机制，微波的热效应有时还会使岩石中矿物发生较大的物理或化学变化，进而对其升温特性和强度弱化效果产生较大影响。

石英在时会发生的相变赵明，。

相应的，等测量了玄武岩花岗岩和砂岩在的热力学性质，发现富含石英的花岗岩和砂岩在时，比热容热扩散和热膨胀系数都发生了突变，而不含石英的玄武岩则不发生此类变化，因此石英相变可以在微波弱化花岗类岩石中起到很大作用卢广亮，。

等测量了石英在等以及和设计了最高功率为的小型微波钻头，可对玻璃实现局部快速熔融。

刘汉文对其微波照射试验中出现的种辉绿岩炸裂现象该种辉绿岩在微波照射后突然炸裂，而炸裂时的岩石温度仅左右进行了深入研究，发现该种辉绿岩内部存在些孔洞和杏仁体，部分孔洞内与附近含有些暗红色的铁氧化物对微波极敏感矿物部分较大的孔洞被次生矿物充填形成杏仁体，而充填物质主要为碳酸盐类的物质滴稀盐酸时有冒泡反应，见图，这些次生矿物在高温下容易分解产生气体，进而形成极高的气压使岩样炸裂。

此外，在矿业工程中，微波的热效应也会引起矿石中的矿物发生化学变化，进而提高矿物处理的效果，。

微波面照射能使大尺寸岩样在照射区域产生放射状裂纹，从而有效降低岩石强度，提高破岩效率。

总体而言，目前对微波独立或辅助机械破岩技术的研究已取得了较丰硕的成果。

随着研究的深入，该方法微波加热和机械破岩技术相结合有望成为将来解决坚硬岩石条件下机械开挖施工困的试验中得到验证。

等用有限元法模拟了敏感矿物种类和含量相同时，敏感矿物尺寸对微波弱化岩石效果的影响，发现敏感矿物尺寸越大时，其与周围矿物的接触面积越小，通过热传导损失的能量也越少，进而会在颗粒间形成较大的温度梯度和热应力。

天然岩石具有定的空隙率。

根据所处环境的不同，岩石空隙中或多或少会有定水分的存在。

水是对微波极其敏感的物质，受到微波照射时会快速升温并汽化当水蒸汽逃逸所需要的时间远大于微波加热时间时，会在岩石空隙中产生蒸汽压力，并随着温度的增加而变大图当此压力大于岩石强度时，就会产生微裂隙，进而弱化岩石。

等比较了干燥和饱和状态下的玄武岩花岗岩和砂岩在微波照射下的升温和强度变化。

由于水的影响，饱和砂岩样的介电损耗因子比干燥样品大很多，在微波照射后即发生炸裂现象花岗岩饱和后的介电损耗因子略有升高，其升温和强度弱化效果也比干燥样略为明显玄武岩干燥和饱和状态下的微波照射效果几乎没有差别。

然而，戴俊等采用的微波对在水中浸泡不长的花岗岩样进行了微波照射试验采用微波照射和微波照射，发现岩石表面均有碎块剥落形成坑洞，并可观测到深度超过的裂纹。

等采用的微波对边长的花岗岩和安山岩样进行了照射，发现两种岩块表面均具有放射状裂纹，同时作者于样品的不同位臵进行了钻芯取样并测量其单