陶瓷材料的微波烧结及研究进展
微波技术在陶瓷加热中的应用及优化
微波技术在陶瓷加热中的应用及优化随着科技的不断发展，微波技术在许多领域中得到广泛应用，其中之一便是在陶瓷加热领域。
本文将探讨微波技术在陶瓷加热中的应用及优化。
一、微波技术在陶瓷加热中的应用陶瓷在工业与日常生活中都有着广泛的应用，例如制作瓷器、建筑材料、电子元件等。
而在陶瓷的生产过程中，加热是一个非常重要的环节。
传统的加热方式多采用电阻加热或气体加热，但是这些方式存在着一些问题，例如加热效率不高、温度控制不准确等。
微波技术的出现为解决这些问题提供了新的途径。
微波加热是利用微波能量对材料加热的一种新型方法，与传统加热方式相比，微波加热具有温度升高快、加热均匀、节能环保等优点。
在陶瓷加热中，微波技术的应用主要体现在以下几个方面。
1. 陶瓷烧结陶瓷烧结是指将陶瓷粉末在高温下烧结成致密坚硬的陶瓷材料的过程。
传统烧结方式需要长时间的热处理过程，而微波烧结则可以在短时间内将陶瓷粉末烧结成所需的形状和密度。
微波烧结的优点在于可以实现快速烧结、节约能源和提高生产效率。
2. 陶瓷涂层陶瓷涂层是将一种或多种特殊陶瓷材料通过涂覆的方式运用到另一种材料表面上，以提高该材料的性能。
传统的涂层方式需要长时间的热处理过程，而微波技术可以使陶瓷涂层更加均匀地形成，并且能够快速固化。
3. 陶瓷焊接陶瓷焊接是将两种陶瓷材料通过热处理焊接在一起的过程。
微波热处理可以在短时间内使两种陶瓷材料达到热焊接的最佳温度，从而实现快速焊接。
二、微波技术在陶瓷加热中的优化虽然微波技术在陶瓷加热领域中应用广泛，但仍然存在着一些问题。
例如，微波能量的传递存在差异、微波场的均衡性有待提高等。
因此，我们需要对微波技术在陶瓷加热中进行优化。
1. 微波能量传递的优化微波能量的传递过程中存在着很大的差异，这往往会导致加热效果的不均匀。
一些研究人员通过设计微波反射体和微波吸收材料等方法，来优化微波的能量传递。
另外，精确控制微波功率的大小和时间，也能有效控制加热的均匀性和加热速度。
微波烧结技术
微波设备烧结技术的进展及未来展望地点:微朗科技微波实验室单位:株洲市微朗科技有限公司时间: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首先提出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A.J.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们关注的焦点，微波烧结以其特有的节能、省时的优点，得到了美国、日本、加拿大、英国、德国等发达国家的政府、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，主要探索和研究了微波理论、微波烧结装置系统优化设计和材料烧结工艺、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，指出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。
陶瓷微波烧结
陶瓷微波烧结
陶瓷微波烧结是一种利用微波辐射加热陶瓷材料，使其发生烧结反应，从而获得高强度和高致密度的陶瓷制品的工艺方法。
微波烧结技术相比传统烧结方法具有许多优点。
首先，微波辐射加热可以使陶瓷材料内部更均匀地被加热，加快了烧结速度，节省了能源。
其次，微波烧结可以在较低的温度下实现高致密度和高强度的烧结，可以有效地减少晶粒长大和材料变形的问题，提高材料的综合性能。
此外，微波烧结还可以实现不同类型陶瓷材料的复合烧结，从而获得具有特定性能和结构的复合材料。
陶瓷微波烧结的过程通常包括以下几个步骤：首先，将陶瓷粉末和助烧结剂混合均匀，并压制成所需形状的坯体。
然后，将坯体放入微波炉中，并通过调节微波功率和烧结时间来进行加热烧结。
在加热过程中，微波辐射会使陶瓷粉末中的水分迅速蒸发，并导致局部高温区域的形成。
这些高温区域会引发烧结反应，使陶瓷粉末颗粒之间结合在一起，形成致密的陶瓷成品。
最后，冷却后的烧结体可以进行后续的加工和表面处理，以获得最终的陶瓷制品。
陶瓷微波烧结技术已经在陶瓷材料制备领域得到广泛应用。
目前，它已经被用于制备陶瓷陶瓷、氧化物陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷等不同类型的陶瓷材料。
随着技术的不断发展，陶瓷微波烧结将有望更好地满足不同应用领域对高性能陶瓷制品的需求。
微波烧结陶瓷
微波烧结陶瓷引言：微波烧结陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，通过微波辐射加热而形成的高性能陶瓷制品。
它具有许多独特的特点和广泛的应用领域。
本文将介绍微波烧结陶瓷的制备过程、特性以及应用领域。
一、微波烧结陶瓷的制备过程微波烧结陶瓷的制备过程主要包括原料制备、配料、成型、烧结等步骤。
1. 原料制备：微波烧结陶瓷的原料一般是由氧化物粉体组成，如氧化铝、氧化锆、氧化铁等。
这些粉体需要经过粉碎和筛分等工艺步骤，以获得所需的颗粒大小和颗粒分布。
2. 配料：根据所需陶瓷材料的性能要求，将不同种类的氧化物粉体按照一定比例进行混合，加入一定量的有机添加剂和溶剂，制成均匀的浆料。
3. 成型：将混合好的浆料经过成型工艺，如注射成型、压制成型等，得到所需形状的陶瓷坯体。
4. 烧结：将成型好的陶瓷坯体置于微波加热设备中进行烧结。
在微波辐射的作用下，陶瓷坯体中的粒子开始发生热化学反应，实现颗粒之间的烧结。
二、微波烧结陶瓷的特性微波烧结陶瓷具有许多独特的特性，使其在各个领域得到广泛应用。
1. 高强度：微波烧结陶瓷的烧结过程使颗粒之间形成致密的结构，使其具有较高的强度和硬度。
2. 低温烧结：相比传统的烧结工艺，微波烧结陶瓷可以在较低的温度下完成烧结，减少能源消耗和生产成本。
3. 快速烧结：微波烧结陶瓷的烧结速度较快，可以在较短的时间内完成烧结过程，提高生产效率。
4. 均匀性好：微波烧结陶瓷的加热方式使得其烧结均匀，避免了传统烧结过程中的温度不均匀问题。
5. 优异的性能：微波烧结陶瓷具有优异的电绝缘性能、高温稳定性和耐腐蚀性，可在高温、高压和恶劣环境下工作。
三、微波烧结陶瓷的应用领域由于其独特的特性，微波烧结陶瓷在许多领域得到广泛应用。
1. 电子器件：微波烧结陶瓷可以用于制备电子器件的基板、封装材料和电子陶瓷元件等，具有优异的电绝缘性能和高温稳定性。
2. 磁性材料：微波烧结陶瓷在磁性材料的制备中有广泛应用，可以制备高性能的磁性材料，用于电子元器件、磁记录材料等领域。
低温烧结中介电常数微波介质陶瓷材料的研究进展
控、 微波测速以及计算机网络系统等方面都有重要的
应 用１ ２ １ 。
微波介质陶瓷工作在微波频段 ， 评价微波介质陶 瓷介电性能的参数主要有三个 ， 即合适的相对介 电常
是常用的烧结助剂 。 但是这些烧结助剂也会不同程 度地损坏材料的微波贪电性能 ， 而且低熔点化合物或 低熔点玻璃的添加降低陶瓷材料的烧结温度 的程度 也有限 ； 采用化学合成方法则会大大增加微波介质元 器件 的生产成本和时间 。 所以为了得到低温烧结陶
信、 电视卫星直播 、 卫星导航 、 警戒雷达 、 微波遥测遥
法： 选择低熔点氧化物或玻璃作烧结助剂 ， 进行液相
活性烧结 ； 采用化学工艺制备表面活性高的粉体 ， 如
溶胶凝胶法 、 化学沉淀法 、 水热法等制备粉体 ； 使原始
粉料粒度超细化 。 而用低熔点氧化物 、 玻璃作为助烧 剂来降低陶瓷烧结温度是三种方法 中最有效并且成
收稿 日期： ２ ０ １ ２ — １ １ — ２ ６ 通讯联系人 ： 廖继红 ， Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｈ ｈ ｊ ｙ ｌ ｊ ｈ ＠ ｗ ｈ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ａ ｎ
２ 固有烧结温度较低 的 中介 电常数微
波介 质 陶 瓷材 料
《 陶瓷学报） ） ２ ０ １ ３年第 １期
低 温 型 － Ｂ ｉ Ｎ ｂ Ｏ 和高温 型 Ｂ — Ｂ ｉ Ｎ ｂ Ｏ 两 种 。
Ｏ ｔ — Ｂ ｉ Ｎ ｂ Ｏ 属 于斜 方 晶 系 ， Ｂ— Ｂ ｉ Ｎ ｂ Ｏ 属 三斜 晶 系 ，
—
Ｚ ｎ Ｏ － Ｔ ｉ Ｏ 。 系 陶瓷是 另一类能够 低温烧结 的材
微波介质陶瓷材料的制备及电磁性能研究
微波介质陶瓷材料的制备及电磁性能研究微波介质陶瓷材料是一种具有良好电磁性能的材料，广泛用于微波器件、通信设备和雷达系统等领域中。
本文将介绍微波介质陶瓷材料的制备方法以及其电磁性能的研究。
微波介质陶瓷材料的制备方法有多种，常见的包括固相反应法、液相法、溶胶-凝胶法等。
其中，固相反应法是最常用的方法之一。
该方法的基本原理是通过将不同元素的氧化物混合，并在高温下进行反应来制备陶瓷材料。
具体步骤如下：首先，将所需的氧化物粉末按照化学计量比例称量好，并进行混合。
然后，将混合后的粉末放入研钵中，并加入适量的有机溶剂，如醋酸或甲醇，以形成糊状物。
接下来，将糊状物转移到震荡器或者超声仪器中进行彻底混合和分散。
通过震荡或超声，可以确保粉末颗粒均匀分散，并减少气泡的产生。
混合完毕后，将混合物进行干燥，通常采用真空干燥或低温烘干的方法。
这样可以除去有机溶剂，并使粉末彻底干燥。
在干燥结束后，将粉末放入高温炉中进行烧结。
烧结温度通常在1200-1600摄氏度之间，时间一般为2-4小时。
烧结的目的是使混合物中的粉末粒子结合成致密的陶瓷材料。
制备好的微波介质陶瓷材料可以通过多种手段来研究其电磁性能。
其中较为常见的研究手段包括研究其介电性能和磁性能。
对于介电性能的研究，可以通过测量其介电常数和介质损耗来评估材料的性能。
介电常数是指材料对电场响应的能力，一般具有实部和虚部两个分量。
实部反映材料的电导率，虚部反映了材料的能量损耗。
可以通过使用LCR测量仪或者微波谐振腔等装置进行测量。
此外，对材料的磁性能进行研究也是很重要的。
磁性能的评估可以从材料的磁化曲线、饱和磁感应强度、剩磁和矫顽力等方面进行。
可以利用霍尔效应仪器或者磁滞回线测量仪进行测量。
除了以上方法，还可以通过扫描电镜观察材料的微观结构来评估其电磁性能。
扫描电镜可以观察到材料表面的形貌和内部微结构，并可通过能谱仪器等设备来分析材料的元素组成。
总结而言，微波介质陶瓷材料的制备方法有多种，其中固相反应法是最常用的方法之一。
陶瓷材料的烧结与晶粒生长
陶瓷材料的烧结与晶粒生长烧结和晶粒生长是陶瓷材料制备过程中非常重要的步骤。
通过烧结和晶粒生长的控制，可以改善材料的性能、提高其致密性和强度。
本文将就陶瓷材料的烧结和晶粒生长进行探讨，并介绍一些常见的烧结方法和晶粒生长机制。
1. 烧结方法烧结是指将陶瓷粉末在一定的温度和压力下进行加热处理，使粒子间发生相互结合和扩散，形成致密的块体材料。
常见的烧结方法有以下几种：（1）热压烧结：将陶瓷粉末放入模具中，在高温和高压的条件下进行烧结。
热压烧结可以获得致密的陶瓷材料，具有较高的强度和硬度。
（2）微波烧结：通过微波加热的方式进行烧结。
微波烧结的优点是加热速度快，能够在较短的时间内完成烧结过程，适用于一些高温敏感的材料。
（3）等离子体烧结：通过等离子体的作用，加快粒子之间的扩散和结合，从而实现快速烧结。
等离子体烧结可以得到致密度较高的陶瓷材料，并能够控制晶粒尺寸和分布。
2. 晶粒生长机制晶粒生长是指陶瓷材料在烧结过程中晶粒尺寸的增大。
晶粒尺寸的大小和分布对陶瓷材料的性能有着重要的影响。
常见的晶粒生长机制包括以下几种：（1）一维生长：晶粒沿着某个方向生长，呈现出棒状或柱状的形态。
一维生长机制适用于一些具有纤维状结构的陶瓷材料。
（2）表面扩散：晶粒表面发生扩散，并与周围的颗粒结合。
表面扩散是晶粒生长的主要机制之一，通过控制晶粒表面的扩散速率，可以调控晶粒尺寸和形态。
（3）体内扩散：晶粒内部的原子通过扩散运动，使晶粒尺寸增大。
体内扩散主要取决于材料的化学成分和温度条件。
3. 影响烧结和晶粒生长的因素烧结和晶粒生长受到多种因素的影响，下面介绍其中几个重要的因素：（1）温度：温度是烧结和晶粒生长的关键因素之一。
适当的温度可以促进晶粒的结合和生长，但过高的温度可能引起过烧，导致晶粒长大过快。
（2）压力：压力可以提高粒子的结合程度和致密性，对烧结效果有重要影响。
不同材料和形状的陶瓷，适宜的压力范围也有所不同。
（3）时间：烧结时间影响烧结程度和晶粒生长的速率。
实习报告：陶瓷烧结
陶瓷烧结摘要：本篇实习报告主要通过烧结陶瓷的过程了解到热敏电阻陶瓷的性质，发展现状，及制作过程。
其次，总结了实习过程中的理论、步骤以及相关事件的处理。
关键词：热敏电阻陶瓷；实习方法与步骤；结论1 实习目的与背景1.1 合成的目的与本专业核燃料、废物固化体的关系自从1942年第一座核反应堆在美国建立，核工业已经发展了70多年。
期间核工业的发展中心从核武器转移到了核能应用上，目前各国又开始共同研究聚变核反应堆。
在这期间应用于核工业中的材料也在不断发展，其中陶瓷材料则在核工业中的材料选择上受到重视，并广泛地应用于核反应堆原料、组件以及核废料处理等各个方面。
陶瓷材料在核工业中的大量应用离不开它本身具有的性能优势。
陶瓷具有强度大、刚度好、耐腐蚀、化学稳定性好的特点，而随着陶瓷材料的进一步发展（比如陶瓷基复合材料的发展），材料性能中的一些薄弱环节像韧性差、难加工等方面也得到了一定的改进。
此外，陶瓷材料还具有耐高温、抗辐射的性能，一些特定的陶瓷还有活性低、能吸收中子的特点，这些性能都有助于其在高温高辐射的核工业环境下的应用。
而对于核废料的处理也一直是各个国家所担忧的又一实际问题。
将核废料封入合成岩中是当前最为现实的做法，合成岩于上世纪70年代研制，用于储存高放核废料。
在设计上，合成岩可以吸收清水反应堆和钚核裂变产生的特定废物，能够将核废料封入晶格内，用以模拟在地质构造上较为稳定的矿石。
1.2 文献调研与分析目前通用型NTC热敏电阻材料,大多是在Mn-Co-Ni-Cu-Fe系过渡金属氧化物中选择2～4种,经配料、成型、烧结等传统陶瓷工艺制成热敏电阻器。
其性能与组成(配比)、烧结、退火处理、封装等工艺条件有密切关系。
在空气中烧结成的NTC热敏电阻材料ρ=1~108Ω•cm,B=1000~7000K,其使用温度范围为-50～+300℃。
随着NTC热敏电阻器应用领域的扩大,对其性能的要求也日益提高。
就目前情形而言,对能在高温条件下使用的NTC元件,要求十分严格,例如在汽车发动机使用电子计算机控制系统后,为了限制尾气中有害气体的排放量(CO、NOx、CHx等有害气体),要求对排气口温度进行有效的测控。
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0 引言 微波是一种频率为 0. 3～300 GHz的电磁波 , 50
年代美国的 Von H ippel在材料介质特性方面的开创 性工作为微波烧结的应用奠定了基础 [ 1 ] 。材料的微 波烧结始于 20 世纪 60 年代中期 , Levinson和 Tinga 首先提出陶瓷材料的微波烧结 ;到 70 年代中期 ,法 国的 B adot和 B xrtcand及美国的 Sutton等开始对微 波烧结技术进行系统研究 ; 80年代以后 ,各种高性能 陶瓷和金属陶瓷材料得到广泛应用 ,相应的制备技 术也成了人们关注的焦点 [ 2～7 ] 。美国 Spheric 技术 公司指出使用微波烧结比传统烧结方法可节约能源 80% ,微波烧结的时间为传统烧结方法的十分之一 , 不仅明显节约费用还可提高产品质量 。该公司开发 的“Spheric / Syno - Therm ”微波烧结系统能生产具有 细组织结 构 和 接 近 理 论 密 度 的 粉 末 冶 金 及 陶 瓷 制 品。
混合加热可以解决一些低损耗材料微波烧结的 难题 ,分为主动型和被动型两类混合加热 。主动型 加热方式是将微波能和其他热源结合在一起的混合 加热系统 ;被动型混合加热则着重于改变材料自身 的介电性能 。通常是在材料内部添加或在试样表面 喷涂高损耗组分 ,以及在试样周围填充埋粉和设置 保温层等 ,使欲烧结的陶瓷坯体的微波吸收能力增 强 ,从而在室温下就能被迅速加热 ,达到快速烧成的 目的 [ 13 ] 。
Abstract: This paper introduces the fundmentals of m icrowave sintering and the coup ling effect of medium and m icrowave, as well as the characteristics and excellences of m icrowave sintering in ceram ic materials. The latest research and aspect of m icrowave sintering in ceram ic m aterials are reviewed. Key words: ceram ic; m icrowave sintering; app lications; developm ent
曲世明 [ 20 ]采用微波混合加热技术 ,成功地烧结 成 ZrO2 、SiO2 和 Si3 N4 的样品 ,并得出结论 : 微波混 合加热技术具有大幅度缩短烧结时间和节约电能的 优点 ,推广和应用必将带来重大的经济效益 。为了 发展微波加热技术 ,应该配合开展材料介电性能的 基础研究 ,特别是要研究介电损耗随温度改变的情 况。
J i2p ing Cheng等 [ 30 ]微波烧结 A lN 透明陶瓷 ,烧 结温度 1850 ℃,保温时间 30 m in,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 ,见表 2。
表 2 parison of transparent ceram ic A lN sintered
D evelopm en t and M icrowave S in ter ing of Ceram ic M a ter ia ls
A I Yun2long, L IU Shu2hong, L IU Chang2hong, LUO Jun2m ing,WAN G Sheng2m ing
(Nanchang Hangkong Universty, Nanchang J iangxi 330063, China)
收稿日期 : 2008 - 02 - 28 作者简介 :艾云龙 (1962 - ) ,男 ,教授 ,主要从事复合材料及热处理工艺研究 。
E - mail: liushuh3025@126. com 基金项目 :江西省教育厅科技项目 (No. 2007162)
·2·
热处理技术与装备
第 29卷
热量可表示为 : p = 2πεf oε′r tgδ E 2 式中 : f为微波频率 , E 为内电场幅值 ,ε′r tgδ为
第 29卷第 3期 2008年 6月
热处理技术与装备 RECHUL I J ISHU YU ZHUANGBE I
Vol. 29, No. 3 Jun. , 2008
·综 述 ·
陶瓷材料的微波烧结及研究进展
艾云龙 ,刘书红 ,刘长虹 ,罗军明 ,王圣明
(南昌航空大学 ,江西 南昌 330063)
(2)微波全反射型材料 :主要为导电性能良好的 金属材料 。此类材料对微波的反射系数接近于 1,可 用作微波加热设备中的波导 、微波腔体等 。
(3)微波吸收型材料 :主要是一些介于金属和绝 缘体之间的电介质材料 。并非任何材料置于微波场 中都能有效地微波烧结 ,只有微波吸收型材料才能 取得良好的烧结效果 。通常用损耗正切值 (损耗因 子与介电常数之比 )来表示材料与微波的耦合能力 , 损耗正切值越大 ,材料与微波的耦合能力就越强 。 对于大多数的氧化物陶瓷 ,如氧化铝 、二氧化硅等 , 它们在室温时对微波是透明的 ,几乎不吸收微波能 量 ,只有达到某一临界温度后 ,它们的损耗正切值才 变得很大 。
李磊 [ 21 ]等采用微波烧结制备 ZnO 陶瓷 ,结果表 明 ,微波烧结工艺不仅可显著提高 ZnO 压敏电阻的 致密度 ,而且能够改善材料的微观结构和电性能 。 微波工艺的烧结周期仅是传统工艺的 1 /10～1 /8。
2000年以来 ,微波烧结结构陶瓷材料的研究更
第 3期
艾云龙等 :陶瓷材料的微波烧结及研究进展
的结果 。1988年 ,武汉工业大学在我国率先开展了 微波烧结技术研究 ,并被列为国家“863 计划 ”。 2. 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 [ 15 ] 。较为成功的有 A l2 O3 、 ZrO2 、ZnO、M gO、SiO2 及其复合材料等 。Cable[ 16 ] 在 l9世纪 60年代首先制备出了透明氧化铝陶瓷 。用 传统方法烧结出来的多晶陶瓷由于存在着晶界 、第 二相和气孔等结构而极大地影响了其光学性能 。而 在微波烧结中 ,获得了致密度高 、晶粒结构均匀的多 晶材料 ,使得由于气孔和晶界造成的对光线的散射 大幅度降低 ,提高了多晶陶瓷的透光性 ,因此采用微 波烧结 的 方 法 比 常 规 烧 结 更 容 易 制 备 出 透 明 陶 瓷 [ 17 ] 。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 [ 18 ] (见表 1) ,提 高了材料显微结构的均匀性 。 Zhang J in2song等也用 微波烧结制备出了平均颗粒直径为 l0 ～20 nm 的 ZrO2 ( 4% Y2 O3 ,摩尔分数 ) 。刘阳等人 [ 19 ]进行了微 波烧 结 A12 O3 - TiC 复 合 材 料 的 研 究 。他 们 将 A12 O3 2TiC复合材料分别进行常压烧结和微波烧结 , 微波烧结的温度为 1800 ℃,烧成时间 95 m in,保温 时间 15 m in; 常 压烧 结烧 成温 度分 别 为 1800 ℃、 1850 ℃,烧成时间均为 6 h,其中保温 1 h。
表 1 传统烧结和微波烧结得到的不同的晶粒尺寸
Table 1 The different gram sizes gained by TS and MS method
材料
A l2O3 ZrO2 ～A l2O3 Y2O3 ～ZrO2
ZnO
微波烧结 /μm 2. 6～2. 9 0. 5 2. 3 5～6
常规烧结 /μm 3. 5～4. 0 1. 0 3. 5 10
1 微波烧结及陶瓷材料烧结特点 1. 1 微波烧结基本原理
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 。介质材料在微波电磁场的作用下会产生介质极 化 ,如电子极化 、原子极化 、偶极子转向极化和界面 极化等 [ 12 ] 。
材料与微波的交互作用导致材料吸收微波能量 而被加热 ,在单位时间内 ,材料吸收的微波能量即发
2 陶瓷微波烧结的研究现状 微波烧 结 技 术 问 世 至 今 一 直 受 到 发 达 国 家 政
府 、工业界 、科学界的广泛重视 ,且应用领域也不断 扩大 。微波烧结通过电磁场直接对物体内部加热 , 而不像传统方法热能是通过物体表面间接传入物体 内部 ,因而热效率很高 。加之 ,烧结时间又短 ,可以 大幅度的节能 [ 14 ] 。微波加热技术应用于陶瓷材料 的烧结是一种理想的选择 ,各先进国家在陶瓷的微 波烧结方面均开展了研究工作 ,并取得了不少有益
介电损耗因子 ,εo 为材料的介电常数 。 1. 2 陶瓷材料的微波烧结 材料在微波场中可大致分为三种类型 : (1)微波透明性材料 : 主要为低损耗绝缘材料
(如大部分高分子材料及部分非金属材料 ) ,它可使 微波部分反射和部分穿透 ,但很少吸收微波 。此类 材料可长期处于微波场中而不发热 ,可以用作加热 体内的透波材料 。
B4 C、SiC、Si3 N4 、TiB2 和 A lN 等是用微波成功烧 结的非氧化物陶瓷材料 。 Yoon2chang Kim 等人 使 [ 28 ] 用高纯 α2Si3 N4 为原料 , A l2 O3 、Y2 O3 为助烧剂 ,添加 量质量分数 12% ( A l2 O3 : Y2 O3 = 1: 3) ,混合后以酒 精为介质 ,用 A l2O3 球球磨 24 h,干燥分散后 ,将粉 先用 300 Pa 压力预压后用 200 M Pa 等静压 , 压成 24 mm ×12 mm 的样品 , 45 GHz、6 kW 微波炉常压氮 气氛中 1750 ℃下烧结 ,升温速度 25 ℃ /m in,作为对 比的常规烧结采用同样的烧成制度 ,结果显示微波 可以促进 Si3 N4 的 α相向 β相转变的速度 ,提高密 度 。V. P. Paranosenkov等 [ 29 ]烧结了纳米 Si3 N4陶瓷 , 在相同密度下 , 强度比传统烧结样品提高 25% ～ 30%。