微波燒結(jié)是一種快速制備高質(zhì)量新型材料和使傳統(tǒng)材料具有新型性能的*。本文闡述了微波燒結(jié)的原理、特點(diǎn)以及微波燒結(jié)在陶瓷燒結(jié)行業(yè)的應(yīng)用和展望

微波燒結(jié)的原理:微波燒結(jié)是利用微波電磁場(chǎng)中陶瓷材料的介質(zhì)損耗使材料整體加熱至燒結(jié)溫度，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)和致密化。與常規(guī)燒結(jié)相比，由于材料可內(nèi)外均勻地整體吸收微波能并被加熱，使得處于微波場(chǎng)中的被燒結(jié)物料內(nèi)部的熱梯度和熱流方向與常規(guī)燒結(jié)時(shí)*不同，不僅實(shí)現(xiàn)了快速均勻加熱，同時(shí)不會(huì)引起試樣開(kāi)裂或在試樣內(nèi)形成熱應(yīng)力，使材料內(nèi)部形成均勻的細(xì)晶結(jié)構(gòu)和較高的致密性，改善了材料性能。由于材料內(nèi)部不同組分對(duì)微波的吸收程度不同，因此可實(shí)現(xiàn)有選擇性燒結(jié)，從而制備出具有新型微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能的材料。

微波燒結(jié)設(shè)備的5大特點(diǎn):

①加熱迅速，燒結(jié)時(shí)間短。相對(duì)于傳統(tǒng)的輻射加熱，微波燒結(jié)過(guò)程致密化速度加快，材料內(nèi)外同時(shí)均勻加熱,材料內(nèi)部熱應(yīng)力可以減少到最小。其次在微波電磁能作用下,材料內(nèi)部分子或離子的動(dòng)能增加,使燒結(jié)活化能降低,擴(kuò)散系數(shù)提高, 從而極大程度的縮短了燒結(jié)時(shí)間，尤其是對(duì)一些陶瓷材料的燒結(jié)過(guò)程，從過(guò)去的幾天甚至幾周降低到用微波燒結(jié)的幾個(gè)小時(shí)甚至幾分鐘。

②改進(jìn)陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)和宏觀性能。由于微波燒結(jié)的速度快、時(shí)間短，從而避免了燒結(jié)過(guò)程中陶瓷材料晶粒的異常長(zhǎng)大，最終可獲得具有高強(qiáng)度和韌性的超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)材料。以非晶硅和碳混合料為原料,采用微波燒結(jié)法可以制備粒度為20～30nm的β-SiC粉末,而用普通方法時(shí),制備的粉末粒度為50～450nm。

③高效節(jié)能，比常規(guī)燒結(jié)節(jié)能70%～90%。微波燒結(jié)溫度與常規(guī)燒結(jié)溫度相比，降溫幅度可達(dá)500℃左右，同時(shí)微波加熱的能量利用率可達(dá)80%以上，燒結(jié)時(shí)間短，因而可極大程度的降低能耗。

④安全無(wú)污染。微波燒結(jié)的快速燒結(jié)特點(diǎn)使得在燒結(jié)過(guò)程中作為燒結(jié)氣氛的氣體的使用量大大降低,這不僅降低了成本,也使燒結(jié)過(guò)程中廢氣、廢熱的排放量得到降低；由于微波熱源純凈，不會(huì)污染所燒結(jié)的材料，能夠方便地實(shí)現(xiàn)在真空和各種氣氛及壓力下的燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程中也不會(huì)象燒油、氣、煤等產(chǎn)生有害氣體污染環(huán)境。

⑤能實(shí)現(xiàn)選擇性燒結(jié)。對(duì)于多相混合材料,由于不同材料的介電損耗不同,產(chǎn)生的耗散功率不同,熱效應(yīng)也不同,可以利用這點(diǎn)來(lái)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行選擇性燒結(jié),研究新的材料產(chǎn)品和獲得更佳材料性能。

微波燒結(jié)在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用:微波燒結(jié)設(shè)備可用于燒結(jié)各種高品質(zhì)陶瓷、鈷酸鋰、氮化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、、鋁、鋅、高嶺土、硫酸鈷，草酸鈷、、磷石膏、石膏等；燒結(jié)電子陶瓷器件：PZT壓電陶瓷、壓敏電阻等。以下是部分物料的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.氧化物陶瓷:國(guó)內(nèi)外研究者至今幾乎對(duì)所有的氧化物陶瓷材料進(jìn)行了微波燒結(jié)研究，采用微波燒結(jié)比常規(guī)燒結(jié)更容易制備出透明陶瓷，較為成功的有Al2O3、ZrO2、ZnO、MgO、SiO2及其復(fù)合材料等。微波燒結(jié)溫度場(chǎng)均勻、熱應(yīng)力小，適宜于快速燒結(jié)，因而可使陶瓷材料晶粒細(xì)化 (見(jiàn)表1)，提高了材料顯微結(jié)構(gòu)的均勻性。

2、非氧化物陶瓷:B4C、SiC、Si3N4、TiB2、AlN等是成功采用微波燒結(jié)的非氧化物陶瓷材料。以下是Ji-pingCheng等采用微波燒結(jié)AlN透明陶瓷，燒結(jié)溫度1850℃，保溫時(shí)間30min，可以得到透明度很高的燒結(jié)產(chǎn)品，與傳統(tǒng)燒結(jié)相比，大大地縮短了加熱時(shí)間.

從上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，微波燒結(jié)技術(shù)是一種極有價(jià)值和應(yīng)用前景的燒結(jié)技術(shù)，微波燒結(jié)可以極大程度的提高陶瓷的品質(zhì)，使微波燒結(jié)后的陶瓷透明度更高，韌性、強(qiáng)度更好。

微波燒結(jié)技術(shù)是一種極有價(jià)值和應(yīng)用前景的燒結(jié)技術(shù)，目前已在微波燒結(jié)設(shè)備、燒結(jié)工藝及機(jī)理研究方面取得了矚目的成就。作為一種省時(shí)、節(jié)能、節(jié)省勞動(dòng)力、無(wú)污染的技術(shù),微波燒結(jié)能滿足當(dāng)今節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境的要求,它所具有的活化燒結(jié)的特點(diǎn)有利于獲得優(yōu)良的顯微組織,從而提高材料性能,微波與材料耦合的特點(diǎn),決定了用微波可進(jìn)行原則性加熱,從而能制得具有特殊組織結(jié)構(gòu)的材料,如梯度功能材料。隨著微波燒結(jié)設(shè)備朝著更高功率密度、自動(dòng)化、智能化方 向的發(fā)展,微波燒結(jié)技術(shù)必將成為應(yīng)用前景的新一代燒結(jié)技術(shù)。

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