在微波冶金从试验到工业的转化过程中,微波与物质的相互作用机理研究不够深入,其中主要包括对物质介电特性的研究,致使目前不能很好地利用和控制微波能源,使其在工业上的广泛应用难以实现。本课题以金属性高碳铬铁粉为研究对象,通过对其微波介电性能的理论计算与实验研究,对物料微波介电性能研究进行基础理论探索,提出了一系列物料对微波介电响应的理论,较为深入地探讨微波与物质的相互作用特性和机理。本研究首先采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征o-Cr7C3和铁掺杂o-Cr7C3的电子结构和微波介电性能。结果表明：o-Cr7C3中铬原子3d、4s和4p轨道发生杂化,形成的杂化轨道上的电子与碳的不等性sp3杂化轨道电子配对成离域性缺电子共价键,从而形成Cr-C-Cr化学键链组成的共价键网；铁掺杂o-Cr7C3的微波介电性能与铁掺杂的位置有关,当掺杂一个铁原子时,材料微波介电常数随晶体共价键的键强变化而变化,这说明o-Cr7C3微波介电性能与C-M(M代表金属铬和铁)共价键的强弱有着直接联系；当两个铁原子掺入Cr3位置时,金属反键数目增多且键长大幅度减短,使Cr26Fe(3)Fe(3)C12相对介电常数和介电损耗因子剧增,o-Cr7C3微波介电性能与金属反键有直接关系。在离域性的缺电子共价键C-M和反金属键中,正离子实对局域化电子的作用都是相对较弱的,从而使得这种电子能在微波中易发生极化,使得微波介电常数和损耗因子增加。本计算为材料微波介电性能研究进行基础理论探索。另一方面,实验研究了金属性高碳铬铁粉末在2.45GHz微波频率下的加热状态,并研究其在2-18GHz微波频段范围内的介电常数变化规律,同时通过密度泛函理论计算得到高碳铬铁中主要成分Cr7C3及其Fe掺杂形式下的振动频率,从晶格动力学方面解释了粉末状态对高碳铬铁微波介电性能的影响,得到金属性高碳铬铁粉末的微波介电机制。对微波相对介电常数随频率变化的曲线分析得到,高碳铬铁粉的微波相对介电常数的形成机制包含共振型色散机制和空间电荷极化机制,由缺电子的共价键C-M或金属反键模型形成共振型色散,粉末态颗粒表面电荷形成空间电荷极化。形成共振型色散的缺电子共价键C-M和金属反键对电子具有弱束缚性,可以实现对微波的有效吸收,同样对电子有弱束缚作用的粉末态颗粒表面张力使得物料电子吸收微波能量,这应是由于表面张力使得金属性颗粒电子的能级发生变化,能够稳定吸收微波能量。而由理论计算得到块体Cr7C3介电常数实部和虚部都非常高,但由于自由电子吸收了微波能量子之后,由于其没有稳定的能级存在,使其立即又释放微波能量子,从而对微波形成屏蔽效应。同时,物料的粉末态使得共振色散频率从红外光区移动到相对低频率的微波频段,并通过动力学计算得到验证。由微波加热粉末态金属性高碳铬铁实现微波加热的体加热效应,使得物料的温度梯度小,粒子的能量相对均匀,由麦克斯韦-玻尔兹曼分布规律可知,这样会使得等于或大于激活能的粒子数目相对传统加热要多,也就是说达到一定的反应粒子数目,微波加热所需的活化能能要比传统加热的低,活化能的降低最终使得微波加热化学反应温度降低。