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1、微波设备烧结技术的逬展及未来展望地点:微朗科技微波实验室单位:株洲市微朗科技有限公司时1^:2013-01-10声明:本研究成果归株洲市微朗科技有限公司所有，仿冒必究.材料的微波烧结开始于20世纪60年代中期，W.R.Tinga首先提岀了陶瓷材料的微波烧结技术；到20世纪70年代中期，法国的J.C.Badot和AJ.Berteand开始对微波烧结技术进行系统研究。20世纪80年代以后，各种高性能的陶瓷和金属材料得到了广泛应用，相应的制备技术也成了人彳门关注的焦点，微波烧结以其特有的节能、省时的优点，得到了美虱日本、加拿大、英虱德国等发
2、达国家的政府、工业界、学术界的广泛重视，我国也于1988年将其纳入"863"计划。在此期间,主要探索和硏究了微波理论、微波烧结装置系统优化设计^材料烧结工艺、材料介电参数测试，材料与微波交互作用机制以及电磁场和温度场计算机数值模拟等，烧结了许多不同类型的材料。20世纪90年代后期，微波烧结已进入产业化阶段，美国、加拿大、德国等发达国家开始小批量生产陶瓷产品。其中，美国已具有生产微波连续烧结设备的能力。1.微波烧结的技术原理微波烧结是利用微波加热来对材料进行烧结。它同传统的加热方式不同。传统的加热是依靠发热体将热能通过对流、传导或辐射方
3、式传递至被加热物而使其达到某一温度,热量从外向内传递，烧结时间长，也很能得到细晶。而微波烧结则是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。1.1材料中的电磁能量耗散材料对微波的吸收是通过与微波电场或磁场耦合，将微波能转化热能来实现的。黄向东等利用麦克斯韦电磁理论，分析了微波与物质的相互作用机理，指岀介质对微波的吸收源于介质对微波的电导损耗和极化损耗，且高温下电导损耗将占主要地位。在导电材料中，电磁能量损耗以电导损耗为主。而在介电材料（如陶瓷）中，由于大量的空间
4、电荷能形成的电偶极子产生取向极化，且相界面堆积的电荷产生界面极化，在交变电场中，其极化响应会明显落后于迅速变化的外电场，导致极化弛豫。此过程中微观粒子之间的能量交换,在宏观上就表现为能量损耗。1.2微波促进材料烧结的机制研究结果表明,微波辐射会促进致密化”促进晶粒生长，加快化学反应等效应。因为在烧结中，微波不仅仅只是作为一种加热能源，微波烧结本身也是一种活化烧结过程。M.AJanny等首先对微波促进结构的现象进行了分析,测定了高纯AI2O3烧结过程中的表观活化能Ea,发现微波烧结中Ea仅为170kj/mol,而在常规电阻加热烧结中Ea
5、=575kj/moI,由此可推测微波促进了原子的扩散。MAJarmy等进一步用180示踪法测量了AI2O3单晶的扩散过程，也证明微波加热条件下扩散系数高于常规加热时的扩散系数。S.A.Freeman等的实验结果表明，微波场具有增强离子电导的效应。认为高频电场能促进晶粒表层带电空位的迁移，从而使晶粒产生类似于扩散蠕动的塑性变形，从而促进了烧结的进行。Birnboin等分析了微波场在2个相互接触的介电球颗粒间的分布,发现在烧结颈形成区域，电场被聚焦，颈区域内电场强度大约是所加外场的10倍,而颈区空隙中的场强则是外场的约30倍。并且，在外场
6、与两颗粒中心连线间0°~80。的夹角范围内，都发现电场沿平行于连线方向极化，从而促使传质过程以极快的速度进行。另外，烧结颈区受高度聚焦的电场的作用还可能使局部区域电离，进一步加速传质过程。这种电离对共价化合物中产生加速传质尤为重要。上述研究结果表明，局部区域电离引起的加速度传质过程是微波促进烧结的根本原因。2微波烧结的技术特点2.1微波与材料直接耦合，导致整体加热由于微波的体积加热，得以实现材料中大区域的零梯度均匀加热，使材料内部热应力减少,从而减少开裂、变形倾向。同时由于微波能被材料直接吸收而转化为热能,所以,能量利用率极高，比常规
7、烧结节能80%左右。2.2微波烧结升温速度快,烧结时间短某些材料在温度高于临界温度后,其损耗因子迅速增大,导致升温极快。另外,微波的存在降彳氐了活化能，加快了材料的烧结进程，缩短了烧结时间。短时间烧结晶粒不易长大，易得到均匀的细晶粒显微结构,内部孔隙少,空隙形状比传统烧结的圆,因而具有更好的延展性和韧性。同时，烧结温度亦有不同程度的降低。2.3微波可对物相进行选择性加热由于不同的材料、不同的物相对微波的吸收存在差异,因此,可以通过选择性和加热或选择性化学反应获得新材料和新结构。还可以通过添加吸波物相来控制加热区域，也可利用强吸收材料来
8、预热微波透明材料,利用混合加热烧结低损耗材料。此夕卜,微波烧结易于控制、安全、无污染。3微波烧结的技术进展3.1微波烧结机理的研究逬展微波能促进陶瓷的烧结，但其微观机理却尚不清楚。黄向东等从微波电场使带电缺陷（如空位、间
