微波烧结设备

微波烧结是一种快速制备高质量新型材料和使传统材料具有新型性能的*。本文阐述了微波烧结的原理、特点以及微波烧结在陶瓷烧结行业的应用和展望

微波烧结的原理:微波烧结是利用微波电磁场中陶瓷材料的介质损耗使材料整体加热至烧结温度，实现烧结和致密化。与常规烧结相比，由于材料可内外均匀地整体吸收微波能并被加热，使得处于微波场中的被烧结物料内部的热梯度和热流方向与常规烧结时*不同，不仅实现了快速均匀加热，同时不会引起试样开裂或在试样内形成热应力，使材料内部形成均匀的细晶结构和较高的致密性，改善了材料性能。由于材料内部不同组分对微波的吸收程度不同，因此可实现有选择性烧结，从而制备出具有新型微观结构和优良性能的材料。

微波烧结设备的5大特点:

①加热迅速，烧结时间短。相对于传统的辐射加热，微波烧结过程致密化速度加快，材料内外同时均匀加热,材料内部热应力可以减少到最小。其次在微波电磁能作用下,材料内部分子或离子的动能增加,使烧结活化能降低,扩散系数提高, 从而极大程度的缩短了烧结时间，尤其是对一些陶瓷材料的烧结过程，从过去的几天甚至几周降低到用微波烧结的几个小时甚至几分钟。

②改进陶瓷材料显微结构和宏观性能。由于微波烧结的速度快、时间短，从而避免了烧结过程中陶瓷材料晶粒的异常长大，最终可获得具有高强度和韧性的超细晶粒结构材料。以非晶硅和碳混合料为原料,采用微波烧结法可以制备粒度为20～30nm的β-SiC粉末,而用普通方法时,制备的粉末粒度为50～450nm。

③高效节能，比常规烧结节能70%～90%。微波烧结温度与常规烧结温度相比，降温幅度可达500℃左右，同时微波加热的能量利用率可达80%以上，烧结时间短，因而可极大程度的降低能耗。

④安全无污染。微波烧结的快速烧结特点使得在烧结过程中作为烧结气氛的气体的使用量大大降低,这不仅降低了成本,也使烧结过程中废气、废热的排放量得到降低；由于微波热源纯净，不会污染所烧结的材料，能够方便地实现在真空和各种气氛及压力下的烧结，烧结过程中也不会象烧油、气、煤等产生有害气体污染环境。

⑤能实现选择性烧结。对于多相混合材料,由于不同材料的介电损耗不同,产生的耗散功率不同,热效应也不同,可以利用这点来对复合材料进行选择性烧结,研究新的材料产品和获得更佳材料性能。

微波烧结在陶瓷行业的应用:微波烧结设备可用于烧结各种高品质陶瓷、钴酸锂、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆、、铝、锌、高岭土、硫酸钴，草酸钴、、磷石膏、石膏等；烧结电子陶瓷器件：PZT压电陶瓷、压敏电阻等。以下是部分物料的实验数据。

1.氧化物陶瓷:国内外研究者至今几乎对所有的氧化物陶瓷材料进行了微波烧结研究，采用微波烧结比常规烧结更容易制备出透明陶瓷，较为成功的有Al2O3、ZrO2、ZnO、MgO、SiO2及其复合材料等。微波烧结温度场均匀、热应力小，适宜于快速烧结，因而可使陶瓷材料晶粒细化 (见表1)，提高了材料显微结构的均匀性。

2、非氧化物陶瓷:B4C、SiC、Si3N4、TiB2、AlN等是成功采用微波烧结的非氧化物陶瓷材料。以下是Ji-pingCheng等采用微波烧结AlN透明陶瓷，烧结温度1850℃，保温时间30min，可以得到透明度很高的烧结产品，与传统烧结相比，大大地缩短了加热时间.

从上述的实验数据可以发现，微波烧结技术是一种极有价值和应用前景的烧结技术，微波烧结可以极大程度的提高陶瓷的品质，使微波烧结后的陶瓷透明度更高，韧性、强度更好。

微波烧结技术是一种极有价值和应用前景的烧结技术，目前已在微波烧结设备、烧结工艺及机理研究方面取得了瞩目的成就。作为一种省时、节能、节省劳动力、无污染的技术,微波烧结能满足当今节约能源,保护环境的要求,它所具有的活化烧结的特点有利于获得优良的显微组织,从而提高材料性能,微波与材料耦合的特点,决定了用微波可进行原则性加热,从而能制得具有特殊组织结构的材料,如梯度功能材料。随着微波烧结设备朝着更高功率密度、自动化、智能化方 向的发展,微波烧结技术必将成为应用前景的新一代烧结技术。

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