金属微波烧结原理与研究现状

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1、金属材料微波烧结研究现状陈鼎，李林，陈振华湖南大学材料科学与工程学院长沙410083摘要：微波烧结是近年来广泛研究的一种全新的烧结技术，已经在金属，陶瓷以及复合材料取得越来越广泛的应用。本文针对微波烧结在金属材料领域的国内外研究现状，从金属微波烧结的特点以及在金属材料领域的一些较为典型的应用实例进行了较为全面的介绍。关键词：微波烧结；金属；特点StatusOfMicrowaveSinteringInMetalFieldCHENDing,LILin,CHENZheng-huaMaterialsScienceand

2、Engineering,HunanUniversity,410083,Changsha，ChinaAbstract:Microwavesinteringhasemergedinrecentyearsasanewmethodforsinteringavarietyofmaterialsthathasshownsignificantadvantagesagainstconventionalsinteringprocedures.Thisreviewarticlefirstlyprovidesasummaryoffun

3、damentaltheoreticalaspectsofmicrowavesintering,andthenadvantagesofmicrowavesinteringagainstconventionalmethodsaredescribed.Attheend,someapplicationsofmicrowavesinteringinMetalfieldarementionedwhichsofarhavemanifestedtheadvantagesofthisnovelmethod.Keywords:mi

4、crowavesintering;metal;characteristics1前言微波烧结是近年来迅速发展起来的一种加热烧结的新技术，它不同于通过传导、辐射、对流机制传递热量的传统加热烧结方法，而是利用微波的特殊波段与材料的基本结构耦合而产生热量，通过材料的介质损耗使得材料整体被加热至烧结温度而实现致密化[1-3]，从而具有烧结温度低、烧结周期短、能量损耗低，环境友好等特点，符合当前发展绿色工业的趋势，迅速成为各国学者研究的热点。20世纪60年代，Tinga首先在陶瓷材料的制备中应用了微波烧结技术[4]，同时，

5、关于材料介质特性的研究获得了突破性进展，这为微波烧结的应用奠定了理论基础。随后，世界能源危机的爆发推动了各国学者对微波烧结技术的进一步研究，至今，微波烧结技术已成功应用于制备各种陶瓷材料、金属材料、复合材料等[5-7]。在研究早期，人们普遍认为块状金属会反射微波，且具有等离子放电和电弧放电现象，因此不能使用微波烧结技术；能否将该技术用于金属及合金粉末的烧结，成为人们关注的焦点。20世纪80年代Walkewicz在2.4GHz频率的微波场中对6种金属粉末进行中温加热研究，但他没有进行烧结研究[8]。虽然后来Whi

6、ttaker将金属粉末与硫磺混合进行微波高放热烧结，合成出金属硫化物，但金属粉末的微波烧结在很长的一段时间内一直未被提及[9]。直到1999年，美国Roy教授等[10-11]突破了传统观点，率先成功进行了铁、铜、镍、钴、钨及铁-铜、铁-镍、镍-铝-铜等金属或合金的粉末冶金烧结，在全世界引起了巨大反响，近10多年来许多人对此产生了浓厚的兴趣，并进行了大量研究，使得微波烧结技术在金属材料中的应用已经逐渐成为粉末冶金特种烧结领域的一个研究热点。进入21世纪，随着人们对环境和资源问题的日益重视，微波烧结技术必将受到更为

7、广泛的研究与应用，该技术已被誉为“21世纪新一代烧结技术”[12]。为了给国内研究人员提供参考，作者对金属粉末微波烧结研究现状进行了综述2微波烧结的特点微波是一种频率在300MHz-300GHz，波长在1mm-1m的电磁波，目前应用中使用的频率主要为2.45GHz。微波烧结与传统烧结技术相比，其具有如下的特点：2.1体积加热：微波烧结是利用材料与微波电场或磁场耦合将微波能转化为热能，由于电磁波是以光速传播的，电磁波透入物质的速度也接近光速，因而能非常快地将电磁波的能量转化为物质分子的能量，从而使得材料可内外同时

8、加热，材料内部温度梯度很小，甚至无温度梯度，材料内部热应力减至最低，因此能有效缓解材料在烧结过程中的开裂与变形,使材料具有更好的力学性能[19]。2.2节能环保：相对于传统烧结技术，微波烧结可显著降低烧结温度,另外微波烧结法的加热速率快，使得烧结周期大大缩短，同时，在微波场中，材料本身就是热源，微波能直接与物质相互作用，避免了加热没有直接参与烧结过程的其他部件的加热，从而大幅度降低能耗