中國粉體網(wǎng)訊 微波燒結(jié)是一種新型的材料致密化燒結(jié)工藝，它是利用微波加熱對(duì)材料進(jìn)行燒結(jié)。微波燒結(jié)技術(shù)因其在陶瓷材料制備領(lǐng)域的突出優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為“21世紀(jì)新一代燒結(jié)技術(shù)”。
一、微波燒結(jié)的基本原理及裝置
微波燒結(jié)是利用微波具有的特殊波段與材料的基本細(xì)微結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生熱量，材料在電磁場中的介質(zhì)損耗使其材料整體加熱至燒結(jié)溫度，實(shí)現(xiàn)致密化的方法。
一般的微波燒結(jié)裝置主要由微波源系統(tǒng)，微波傳輸系統(tǒng)，微波燒結(jié)腔和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)4部分組成。
二、微波燒結(jié)的特點(diǎn)
（1）極快的加熱和燒結(jié)速度
微波加熱是材料內(nèi)部整體加熱，升溫速度快，從而大大縮短了燒結(jié)時(shí)間，極大的提高了能源的利用效率。
（2）改變陶瓷材料顯微結(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)過程中陶瓷材料晶粒的異常長大，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。
（3）高效節(jié)能
微波燒結(jié)溫度與常規(guī)燒結(jié)溫度相比，最大降溫幅度可達(dá)500℃左右；一般從微波能轉(zhuǎn)變成熱能的效率可達(dá)80~90%，加之微波燒結(jié)的時(shí)間短，因此微波燒結(jié)可大大降低能耗。
（4）選擇性燒結(jié)
對(duì)于多相混合材料，由于不同介質(zhì)吸收微波的能力不同，產(chǎn)生的耗散功率不同，熱效率也不同，可以利用這一點(diǎn)來對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行選擇性燒結(jié)，研究新的材料和得到材料的更佳性能。
（5）瞬時(shí)性無污染
微波加熱過程中無需經(jīng)過熱傳導(dǎo)，因?yàn)闆]有熱慣性，即具有瞬時(shí)性，這就意味著熱源可以瞬時(shí)被切斷和及時(shí)發(fā)熱，體現(xiàn)了節(jié)能和易于控制的特點(diǎn)。同時(shí)，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)。
三、微波燒結(jié)技術(shù)在陶瓷材料中的應(yīng)用
在結(jié)構(gòu)陶瓷中的應(yīng)用
（1）氧化物陶瓷
Al2O3、ZrO2及其復(fù)合材料等氧化物陶瓷材料在微波燒結(jié)的研究中取得了較為成功的效果。
謝杰等人采用自制微波燒結(jié)設(shè)備，通過向純Al2O3粉末中添加MgO和Y2O3助燒劑，制備出高純度和高密度的Al2O3陶瓷，其強(qiáng)度和韌性得到了顯著增強(qiáng)。丁明桐等采用納米級(jí)高純超細(xì)粉，通過添入適量稀土氧化物(Y2O3)，經(jīng)微波燒結(jié)制成新型Y-ZrO2稀土增韌陶瓷材料。
除了成功燒結(jié)出Al2O3、ZrO2等陶瓷材料，其他氧化物陶瓷也通過微波燒結(jié)技術(shù)制備出來，如TiO2、SiO2、ZnO等陶瓷材料。
（2）氮化物陶瓷
氮化物陶瓷的特點(diǎn)具有相當(dāng)高的熔點(diǎn)，具有很好的抗腐蝕性，有些氮化物陶瓷還具有很高的硬度，因而得到廣泛應(yīng)用。
Cheng等運(yùn)用微波法燒結(jié)AlN陶瓷，以微量的Y2O3為助燒劑，在1900℃下保溫30min，密度高達(dá)99.5%。
（3）碳化物陶瓷
碳化物陶瓷的突出特點(diǎn)是高熔點(diǎn)、高硬度，并且有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，但高溫下易氧化，主要的碳化物陶瓷有SiC、B4C、TiC、WC、ZrC、TaC等。
Goldstein等以高純?chǔ)?SiC為原料進(jìn)行微波燒結(jié)，所得燒結(jié)試樣密度是理論密度的98%，與常規(guī)燒結(jié)相比機(jī)械性能更為優(yōu)越。
在功能陶瓷中的應(yīng)用
功能陶瓷可分為電功能陶瓷、磁功能陶瓷、光功能陶瓷、生物功能陶瓷等。
（1）電子陶瓷
李磊等人比較了微波和傳統(tǒng)燒結(jié)ZnO壓敏電阻的性能，發(fā)現(xiàn)微波燒結(jié)工藝明顯改善了ZnO壓敏電阻的致密化行為，縮短了燒結(jié)周期，改善了電性能。
（2）光學(xué)陶瓷
盧斌等人在不添加任何燒結(jié)助劑的前提下，采用高純微米級(jí)氮化鋁(AlN)粉，在1700℃/2h的微波低溫?zé)Y(jié)工藝條件下制備出透明度較高的AlN透明陶瓷。該透明陶瓷晶粒尺寸細(xì)小(<10μm)，晶粒發(fā)育完善且分布均勻，晶界平直光滑且無第二相分布。
（3）磁性陶瓷
彭虎等人利用微波燒結(jié)旋磁鐵氧體材料，將物料整體加熱，內(nèi)外溫差小，可快速升溫，并且微波加熱伴有“非熱”效應(yīng)，可以降低反應(yīng)溫度，促進(jìn)物體內(nèi)部晶體致密化。由于燒結(jié)坯體內(nèi)應(yīng)力小，即使快速燒結(jié)也不會(huì)導(dǎo)致坯體開裂，且燒結(jié)的材料具有較佳的性能，從而使得坯體燒結(jié)合格率提高。
（4）生物陶瓷
羥基磷灰石是人體骨骼的無機(jī)礦物組成，與機(jī)體有良好的生物相容性，植入人體后能誘導(dǎo)周圍骨組織的生長并逐步參與代謝，最終與人體骨形成緊密的化學(xué)結(jié)合，是良好的生物陶瓷材料。
王卓薇等對(duì)羥基磷灰石進(jìn)行了微波燒結(jié)的研究，結(jié)果表明，微波燒結(jié)有利于HAP陶瓷坯體的致密化，可以實(shí)現(xiàn)低溫快速燒結(jié)，并提高陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度。
參考資料：
朱佑念.特種陶瓷的微波燒結(jié)技術(shù)及研究進(jìn)展
李遠(yuǎn).微波燒結(jié)陶瓷的研究進(jìn)展
艾云龍.陶瓷材料的微波燒結(jié)及研究進(jìn)展
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