陶瓷的微波烧结及研究现状
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。
陶瓷烧制技术的发展动态及前沿研究领域
陶瓷烧制技术的发展动态及前沿研究领域近年来，陶瓷烧制技术在材料科学领域取得了巨大的发展。
陶瓷作为一种古老而又重要的材料，具有优异的物理、化学和机械性能，被广泛应用于建筑、电子、航空航天等领域。
本文将探讨陶瓷烧制技术的发展动态以及当前的前沿研究领域。
一、传统陶瓷烧制技术的发展传统陶瓷烧制技术主要包括釉下彩、青花瓷、景德镇瓷等。
这些技术在中国古代的瓷器制作中起到了重要的作用。
然而，随着科学技术的进步，传统陶瓷烧制技术逐渐显露出一些局限性，例如烧制温度不易控制、成品质量不稳定等。
因此，人们开始寻求新的陶瓷烧制技术，以满足现代工业的需求。
二、现代陶瓷烧制技术的发展随着科学技术的不断进步，现代陶瓷烧制技术得到了长足的发展。
其中，最为重要的是高温陶瓷烧制技术。
高温陶瓷烧制技术具有烧结温度高、成品质量好、性能稳定等优点，被广泛应用于航空航天、电子器件等领域。
此外，还有一些新兴的陶瓷烧制技术，如微波烧结技术、等离子烧结技术等，这些技术在提高陶瓷烧结效率、改善陶瓷性能方面具有巨大的潜力。
三、陶瓷烧制技术的前沿研究领域1. 绿色陶瓷烧制技术随着环境保护意识的增强，绿色陶瓷烧制技术成为了当前的研究热点。
绿色陶瓷烧制技术主要包括低温烧结技术、无铅釉技术等。
这些技术在减少能源消耗、降低环境污染方面具有重要意义。
2. 纳米陶瓷烧制技术纳米陶瓷烧制技术是当前陶瓷研究领域的热点之一。
纳米陶瓷材料具有优异的力学性能、导电性能等特点，在电子、光电子器件等领域具有广阔的应用前景。
纳米陶瓷烧制技术的发展将进一步推动纳米材料的应用。
3. 3D打印陶瓷技术3D打印技术是近年来快速发展的一项技术，而在陶瓷领域的应用也日益受到关注。
3D打印陶瓷技术可以实现复杂形状的陶瓷制品的快速制造，具有很大的应用潜力。
目前，研究人员正在探索3D打印陶瓷技术的优化和改进，以提高打印精度和制品质量。
四、未来展望陶瓷烧制技术的发展为陶瓷材料的应用提供了更多可能性。
微波介质陶瓷的研究现状与发展趋势
( 武汉理工大学)
摘 要: 微波介质陶瓷是现代通信技术中关键基础材料, 它的应用越来越受到人们的重视。 介绍了低介电常数、 中介电 常数、 高介电常数三类微波介质陶瓷的研究现状, 并根据材料设计的思想对高性能微波介质陶瓷的发展趋势进行了探 讨。 关键词: 微波介质陶瓷; 介电特性; 钨青铜结构; 钙钛矿结构 中图分类号: TM 28 文献标识码: A
5+ 矿晶胞的 B 位 Zn 2+ 、 T a 的增加而增大。 1. 2 中等 Ε r 和 Q 值的 MWDC [ 10 ～ 13 ] 主要是以 B aT i4O 9 , B a 2 T i9O 20 和 ( Zr、 ,其Ε ≈ 40, Q = ( 6 ～ 9 ) × 103 Sn ) T i O 4 等为基的 MW DC 材料 r
第 24 卷 第 2 期
2002 年 2 月
武 汉 理 工 大 学 学 报
JO URNAL O F W UHAN UN IVERS ITY O F TECHNOLO GY
Vol . 24 N o. 2 Feb. 2002
文章编号: 167124431 ( 2002) 0220012204
微波介质陶瓷的研究现状与发展趋势3
决定erdsf三者的物理机制之间有什么制约关系等问题都需进一步研究目前微波介质陶瓷材料多采用常规的高温固相反应方法制备不仅烧结时间长很难获得均匀致密的显微结构而且组分易挥发使产物偏离预期的组成并形成多相结构从而导致材料性能的劣化和不稳定性1微波介质陶瓷的结构与性能的关系有待于研究目前研究的高er微波介质陶瓷材料的几乎都是类钙钛矿钨青铜型和复合钙钛矿型复合氧化物它们都是由钛氧八面体共顶连接而成的三维网络结构钛氧八面体是主要的结构基团其中大阳离子位于钛氧八面体围成的空隙位置阳离子的种类数量的变化必将引起材料的结构与性能的变化
陶瓷的微波烧结及研究现状
能得到致密而透明的 A l O ，如果适当延长烧结时间 23
(不超过 30min)，在其它条件相同的情况下，Al2O3 的 透明度就更高了。
近年微波烧结技术出现了许多新的应用。利用微
波合成纳米材料也取得了一定的进展。H . C . P a r k [18 ]等
人通过对溶胶前驱物进行微波加热的方法合成了
波是一种高频电磁波，其频率范围为 0.3～300GHz。在 分钟，极大地提高了能源的利用效率。
微波烧结技术中使用的频率主要为 2.45GHz，Sutton
(2) 经济简便地获得 2000℃以上的超高温。普通
对该频率波段的微波烧结进行了详细研究[4]。也有对 陶瓷的烧结需要 1300℃以上的高温，这样对高温炉子
对烧结过程使用高的微波频率，一方面由于具有 更高频率微波的波长更短，在谐振腔内更容易得到更 均匀的微波场，从而提高微波加热的均匀性；另一方
面，由于使用桐等 [11]报道了在一非谐振腔中采用 2.45GHz 和 28GHz 两种 频率对 ZrO 进行微波烧结的结果，在 2.45GHz 频率下
微波烧结过程中由于升温速度很快和微波场不均 匀，在样品内部容易产生温度梯度，从而导致烧结产 品出现裂纹。解决方法一是在样品周围加入保温层， 减小热损失、预热低损耗材料和防止加热腔中发生微 波打火现象等多种作用。要求保温材料具有不吸收或 少吸收微波、绝缘性好、高温下不与被烧结材料发生 反应等特点。另一种方法就是在保温层的结构设计中 应尽量减小坯体与保温层之间的间隔, 加大保温层的厚 度, 这样有利于改善加热的均匀性。
综述与评述
中国陶瓷 CHINACERAMICS
Vol.41 No.4 Aug.2005
陶瓷的微波烧结及研究现状
刘平安, 王 慧, 程小苏, 税安泽, 曾令可 (华南理工大学材料学院, 广州 510640)
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。
微波在陶瓷加工中的应用研究
微波在陶瓷加工中的应用研究摘要近年来，微波已经在陶瓷材料的加工、修复等诸多领域得以运用，取得了良好的进展。
本文结合微波加工技术的特征，对其在陶瓷加工中的具体应用进行分析与探讨。
关键词微波；特征；陶瓷加工；应用1 微波烧结技术概述在传统的材料加热方式中，需要将材料放置到加热环境中，通过对流、辐射或者传导等方式，将热量传递到材料的表面，再通过表面进入到材料内部，实现热平衡。
在这一过程中，由于加热的环境并不是绝对的热封闭，为了确保材料芯部组织状态和表面保持一致，达到燃烧要求，就需要适当延长加热的时间，而更多的热量在环境中散失，能量损失问题严重。
如果采用微波加热方法，利用微波电磁场中陶瓷材料的介质特征，通过其损耗作用实现材料的整体性加热，直到符合烧结温度，进而实现烧结目的，增强致密性。
受到微波电磁场的作用，介质材料就会发生介质极化现象，如原子极化、电子极化、界面极化或者偶极子的转向极化等；在这一过程中，极性分子从过去的随机分布状态改变成按照电场极性进行排列的形式；再加上高频电磁场的作用力，结合交变电磁的频率变化而出现分子取向的不同。
但是在这一过程中，材料内部介质的极化过程不会随着外电场而出现变化，一般极化强度的矢量可能滞后于电场强度的矢量，造成电极化过程的电滞问题。
同时，微观粒子之间产生的能量交换，在一定程度上体现为能量的消耗。
在微波波段运行中，偶极子会转为极化以及界面极化，由此形成吸收电流，发生材料功率的耗散。
采用微波烧结技术的关键在于材料自身特征，如磁性能、介电性能、导电性能等。
2 微波加工技术的特征与传统的辐射、传导加热形式相比，微波加热的速度更快且加热均匀，具有诸多优势。
以下将对其技术特征进行具体分析：2.1 具备选择性加热能力对于不同的介质来说，吸收微波的能力也有所不同，尤其在良导体中，以金属为例，基本在表面形成了微波反射，这样进入金属内部的热量就比较小，仅停留在表面薄薄一层，那么良导体就难以通过微波实现加热。
微波烧结技术的研究及应用
微波烧结技术的研究及应用烧结技术作为现代工业制造的重要一环，在不同领域得到了广泛应用。
传统烧结技术需要高温、高能耗、高成本、高污染等问题一直存在着。
近年来，随着微波技术的发展，微波烧结技术逐渐受到研究者的重视。
本文将围绕微波烧结技术的研究及应用展开讨论。
一、微波烧结技术的基本原理微波烧结技术是利用微波场的电磁能量，使压力、温度等因素产生惊人变化，使物质发生化学反应、相变或者形态转化过程。
其基本原理是将微波能量转化为热能，使样品温度迅速升高，达到烧结温度，从而实现烧结。
在微波场的作用下，样品中的水分子和其他极性分子会旋转或者摆动，产生摩擦热，使样品温度升高。
对于非极性分子，由于其不具有旋转或者摆动的特性，所以对微波烧结的加热效果不明显。
因此，微波烧结技术有着选择性加热的特点。
二、微波烧结技术的研究进展目前，微波烧结技术在陶瓷材料、金属材料、无机非金属材料等领域得到了广泛应用。
其具有高效、环保、低损耗、无污染等特点，在新材料开发、仿生材料制备、能源材料制备等方面具有广阔的应用前景。
1.微波烧结技术在陶瓷材料领域的应用传统的陶瓷烧结技术需要高温环境，而微波烧结技术可以快速、均匀地加热样品，使得样品烧结时间缩短，节能环保，还可以有效控制样品微结构，提高陶瓷的品质和性能。
因此，在陶瓷材料的应用领域，微波烧结技术具有广泛的应用前景。
2.微波烧结技术在金属材料领域的应用相比于传统的金属材料烧结技术，微波烧结技术具有快速、均匀的热场分布，可以有效缩短样品的烧结时间，降低制造成本，提高生产效率。
同时，微波烧结技术可以对样品进行定向加热，从而降低热应力和变形程度，提高金属材料的性能和质量。
3.微波烧结技术在无机非金属材料领域的应用无机非金属材料中，微波烧结技术应用较为广泛，主要是因为微波烧结技术可以优化样品的微结构，提高材料的性能和质量。
例如，烧结氧化锆中，微波烧结技术可以对水份、低分子量物质进行去除，从而提高材料的致密性和强度。
陶瓷的特种烧结方法
陶瓷的特种烧结方法陶瓷烧结是将陶瓷粉末转变为坚硬、致密和均质的陶瓷体的过程。
在传统烧结方法上，高温烧结严重影响了陶瓷晶体的生长和致密化程度，同时易出现微裂纹及材料不均匀等问题。
为了解决这些问题，并提高陶瓷材料的性能及成纤网络形态，一些特种烧结方法被发展出来。
1. 微波烧结法微波烧结利用微波辐射，刺激陶瓷颗粒内部产生电磁波吸收现象，从而使物料内部产生局部加热，加速物料烧结过程，达到陶瓷晶体快速成长和致密化的效果。
同时，微波烧结可以实现快速均一化和高效化，提高了材料的成型和烧结速度，避免了材料的因温度差异引起的变形和启口。
2. 等离子烧结法等离子烧结是在真空或气氛中，通过引入高压等离子体激发陶瓷粉体表面覆盖的气体分子形成碘原子或硝基自由基等等离子体与材料反应，进而形成坚硬、致密和均质的陶瓷体。
这种方法可以避免烧结过程中存在的微孔和烧结反应不充分情况，具有优异的形成特性和微观结构调控能力。
3. 热等静压法热等静压法是将原始陶瓷粉末制成绿坯，用模具加压热压成形，然后加热进一步烧结而成的一种方法。
绿坯制备通过脱模后即可以直接进行热加压，克服了冷压而在烧结阶段固体化程度较低的缺点，可提高陶瓷材料的致密度和性能，同时可以实现复杂形状烧结。
快速烧结法在短时间内，快速加热陶瓷样品到一定温度，并控制在一定时间后，快速冷却而达到致密化和晶体生长的效果。
这种方法可以提高烧结的速度，降低了烧结过程中的氧化作用和烧结后的裂纹等问题，可以克服传统烧结方法中的很多缺陷，同时可以实现高温烧结。
总之，特种烧结方法的发展极大地提高了陶瓷材料的性能和应用，创新技术不断涌现，如等离子烧结、微波烧结、热等静压法和快速烧结法等，在实际应用中具有广泛的前景和市场需求。
微波陶瓷电介质研究现状
微波介质陶瓷是近二十多年来发展起来的一种新型的功能陶瓷材料。它是指应 用于微波频率电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料，是制造 微波介质滤波器和谐振器的关键材料。
目录
一 定义
二 应用与性能
三 高电介质陶瓷发展
应用与性能
微波介质陶瓷应用范围广泛, 在微波电路中的应用主要有如下几个方面: 1、用作微波电路的介质基片 ,起着电路元器件及线路的承载、支撑 、绝缘的作用； 2、用作为微波电路的电容器 , 起着电路或元件之间的耦合及储能作用； 3、用作微波电路的介质天线, 起着集中吸收储存电磁波能量的作用；
高介电常数陶瓷
BLT系微波介质陶瓷的烧结温度普遍偏高,如何降低烧结温度使之能与适当的金属 电极形成温度的匹配,从而使电解质与导体共烧的多层微波介质谐振器结构得以 实现是目前研究的热点。 研究最多的是掺加适量的氧化物或低熔点玻璃相物质作为烧结助剂 湿化学如水热法、溶胶凝胶法、化学共沉淀法等制粉工艺和热压烧结技术 等改变传统的制备工艺,也用来降低BLT体系的烧结温度。
4、用作微波电路的介质波导 , 起着引导电磁波沿一定方向传播的作用；
5、用作微波电路的介质谐振器件, 起着类似一般电子电路中LC谐振电路的作用。 一般说来,用于介电隔离和远距离电磁波传输的介质陶瓷必须具备非常高的品质因数和 较小的介电常数; 用于介电传导和谐振的材料则更加注重高介电常数及介电常数、品质因数和温度系数 三项指标的综合协调。
高介电常数陶瓷
复合钙钛矿CaO2-Li2 O2 -Ln2 O3 -TiO2 CaTiO3 材料在微波频率下具有高ε低Q值和较大的正τ f(τ r=170,Q·f=3500GHz τ f=+800 ×10- 6 /℃) ,而( Li1/2 Ln1/2 )TiO3 具有高εr和较大的负τ f ,CaO-Li2 O- Ln2 O3 TiO2 就是根据复合效应由2 者结合制备得到的。
先进陶瓷微波烧结技术的研究与产业化应用
5中国粉体工业 2018 No.4先进陶瓷微波烧结技术的研究与产业化应用安振华/文【摘要】微波烧结技术因其在陶瓷材料制备领域的突出优势，被誉为“21世纪新一代烧结技术”。
本文介绍了微波烧结的原理与装置结构，列举了微波烧结与传统烧结工艺相比的特点以及影响微波烧结效果的因素，指出了微波烧结技术亟待解决的问题，综述了微波烧结工艺的应用及产业化现状。
【关键词】微波烧结；先进陶瓷；应用；产业化微波烧结是一种新型的材料致密化烧结工艺，它是利用微波加热对材料进行烧结。
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；从70年代中期到90年代中期，国内外对微波烧结技术进行了系统研究，体现在不同材料的微波理论、装置系统优化、介电参数、数值模拟和烧结工艺等方面；90年代后期，微波烧结进入产业化阶段，美国、加拿大、德国、日本等发达国家开始小批量生产陶瓷产品。
我国在1988年将微波用于材料烧结，目前已经取得了很大的进展，正逐步向产业化方向发展。
微波烧结技术因其在陶瓷材料制备领域的突出优势，被誉为“21世纪新一代烧结技术”[1]。
1.微波烧结的原理与装置结构微波烧结原理与传统烧结有着本质区别。
传统烧结是工频电流流过负载电阻，电阻把电能转换成热能，通过对流、辐射、传导方式将热量传递到被烧结的材料，然后材料通过自身的热传导由表及里升温，从而达到烧结目的。
微波烧结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，材料在电磁场中的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度，实现致密化的方法[2]。
一般的微波烧结装置主要由微波源系统，微波传输系统，微波烧结腔和监测控制系统4部分组成。
其结构如图1所示：可长时间连续工作的磁控管，它将直流电场中取得的直流能量最大限度地转换成微波能量，储存于谐振腔中，并通过能量耦合器输出到微波传输系统。
微波源的工作频率一般为2.45GHz，输出功率连续可调。
特种陶瓷的新型烧结技术
特种陶瓷的新型烧结技术一.特种陶瓷的微波烧结技术及研究进展陶瓷材料的微波烧结原理与目前的常规烧结工艺有着本质的区别。
传统的加热是利用电阻加热，通过辐射，传导或对流的方式将发热体的热量传递给样品，热流方向是从样品表面指向心部，形成样品表面温度高，心部温度低的温度场。
而微波烧结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，材料在电磁场中的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。
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内部的热梯度和热流方向与常规烧结时完全不同。
微波可以实现快速均匀加热而不会引起试样开裂或在试样内形成热应力，更重要的是快速烧结可使材料内部形成均匀的细晶结构和较高的致密性，从而改善材料性能。
同时，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。
利用微波烧结特种陶瓷材料，有利于降低烧结温度，提高烧结速率，改善显微结构和性能，并且在节能环保方面也存在巨大潜力。
目前微波烧结技术应用于制备特种陶瓷材料的范围在不断扩展，其中多孔陶瓷，生物陶瓷，非氧化物陶瓷及陶瓷复合材料等将成为今后利用微波烧结技术研究和开发的重点。
虽然微波技术在陶瓷材料烧结领域内有很好应用前景，在某些方面也得到了一定程度的产业化应用，但是其烧结机理不清楚及许多工程技术问题限制了微波烧结技术的发展。
（1）测定材料的介电常数及掌握不同频率下各种材料介电常数的变化规律，对优化烧结工艺和设计微波设备可以提供丰富的理论依据。
（2）微波保温材料的选型，烧结过程中温度均匀性的控制，是生产出质量稳定的陶瓷产品的关键。
（3）大功率微波发生器的研制，微波能的转换效率的提高，微波高温材料成本的控制等是解决高温微波加热设备的工业化应用的难题。
二.Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷烧结技术研究进展1.热压烧结为了提高压电陶瓷的致密度,尽量抑制碱金属元素的挥发,从而获得更高的压电性能,研究人员首先尝试采用先进的烧结工艺。
陶瓷材料微波烧结研究进展与工业应用现状
陶瓷材料微波烧结研究进展与工业应用现状陶瓷是一种珍贵的无机非金属材料，由于具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损和绝缘性等特殊性能，因此在高温、热环境中应用非常广泛。
微波烧结是一种采用微波能量加热形成具有抗腐蚀、耐磨损和高强度的材料，在近年来受到广泛关注。
本文主要综述了微波烧结陶瓷材料的研究进展及其在工业应用中的现状。
1.微波烧结陶瓷材料的研究进展陶瓷材料的烧结过程主要是形成陶瓷浆料的粒度和结构，烧结温度主要在1000℃左右，为了取得合格的陶瓷制品，必须保证温度均匀和加热时间恰当。
微波烧结属于高温烧结陶瓷材料，具有加热快、温度高、烧结硬度高、烧结形质佳、烧结效率高等优点，具有比传统烧结技术更高的节能性。
目前，微波烧结陶瓷的研究主要集中在微波加热烧结模式的试验研究，各类氧化物、锆酸锂、金属基复合材料和类似陶瓷制品的合成、烧结技术和性能实验。
2.波烧结陶瓷材料的工业应用微波烧结技术在烧结高效低成本的高性能陶瓷制品中发挥着重要作用，目前应用广泛。
微波烧结陶瓷材料用于航空航天、汽车、轨道交通和电子领域，主要应用在复合材料、半导体绝缘体、铝合金复合粉体等中。
此外，微波烧结陶瓷材料还应用于污水处理、生物医药、节能环保、净化和传感等领域，用于制备催化剂、耐高温滤芯、海水结晶水处理器等，为陶瓷行业提供了巨大的发展空间。
3.论微波烧结陶瓷材料的研究和应用技术已取得长足的进展，其烧结工艺及性能特点为各种高性能陶瓷制品的制作提供了技术支持，在高温烧结陶瓷材料领域占据重要地位。
然而，由于烧结过程的温度和时间控制要求复杂，因此陶瓷微波烧结制品的力学、热力学性能尚有待进一步完善。
未来，根据各种陶瓷材料的特性，持续开展微波烧结技术的研究，进一步提升其在工业应用中的稳定性和可靠性，以确保微波烧结陶瓷材料的稳定性和可靠性。
本文主要介绍了微波烧结陶瓷材料的研究进展及其在工业应用中的现状，以期能够更好地推进陶瓷材料的微波烧结技术发展，提高其在更多领域的应用。
微波烧结的研究进展及其在陶瓷材料中的应用
收稿 日期 ： １－ ４ １ ２ ００—８ ０ 通汛联系人 ： ， — ａ ： ｏ ｉ ｉ＠１ ３ ｏ 郝斌 Ｅ ｍ ｉｈ ｂ ｘｎ ６ ． ｍ ｌａ ｎ ｔ
究现状 ， 绍 了微 波烧 结在 陶瓷材料 中的应用 ， 介 最后展 望 了微波烧结技 术的发展趋 势。
关 键 词 微 波 烧 结 ， 瓷材 料 ， 术 原 理 ， 合 材 料 陶 技 复 中图 分类 号 ： Ｑ１ ５７ 文 献 标 识 码 ： Ｔ ７ ．５ Ａ
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
度和烧结时 间， 显著提 高产 品的生产效 率 ， 降低生产周期 。而
且微波能可被材料直接吸收 ，如果烧结炉保温系统设计得好
的话 ， 几乎 没有什么热量损 失 ， 量利用率很高 ， 能 比常规烧结 节能 ８ ％左右。由于烧 结时间短 ， ０ 烧结过程 中耗费的保护气 体用量也大大降低 ， 减少 了不必要的污染。
２ ．经济简便地获得 ２０℃ 以上的超高温 ．２ ２ ００ 普通陶瓷的烧结需要 １ ０Ｃ以上的高温 ，这样对高温炉出了很苛刻的要求 ，
制造和使用成本 都很 高。而微波则 利用了材 料本 身的介电损
耗发热 ， 整个微波装置只有试样处于高温状态 ， 而其余部分仍
因。 基于此 以及与常规烧结不同的加热原理 ， 微波烧结具有以
下 几 个显 著 的特 点 ：
２ ． 烧结温度 低、 ．１ ２ 时间短 、 节能 、 无污染
因为微波对物体几乎可 以形成 即时加热 ，并实现材料较
２ 微 波 烧 结 原理 和特 点
微波烧结原理与研究现状
微波烧结原理与研究现状微波烧结原理及其研究现状微波烧结技术是一种新型的粉末冶金技术，利用微波能量对材料进行加热和烧结。
与传统烧结方法相比，微波烧结具有快速、节能、环保等优点，因此在工业、科学和医学领域得到广泛应用。
本文将详细介绍微波烧结的原理、应用及研究现状，以期为相关领域的研究提供参考。
微波烧结原理微波能量的传输微波烧结的核心是微波能量的传输。
微波是一种高频电磁波，能在材料表面产生反射、透射和吸收三种情况。
当微波能量遇到材料表面时，大部分能量会被材料吸收，并转化为热能，从而实现快速加热。
材料的损伤和变化在微波烧结过程中，材料会受到微波能量的作用，产生一系列的物理和化学变化。
例如，材料中的水分和挥发分会在微波作用下蒸发，材料内部的化学反应速度会加快，晶粒逐渐长大，材料的密度和强度增加。
微波烧结的影响微波烧结过程中，微波能量对材料的作用不仅体现在加热上，还会对材料的结构和性能产生影响。
微波烧结能有效地降低材料内部的残余应力，提高材料的致密度和均匀性。
微波烧结还能促进材料内部的化学反应，生成新的相和化合物。
微波烧结技术的应用工业领域在工业领域，微波烧结技术主要用于制备高分子材料、陶瓷材料、金属材料等高性能材料。
例如，利用微波烧结技术制备的高温超导材料，具有优异的超导性能和机械性能。
科学领域在科学领域，微波烧结技术为研究材料的合成、结构和性能提供了新的手段。
通过控制微波加热条件，可以实现对材料微观结构和性能的精确调控，为新材料的研究开发提供可能。
医学领域在医学领域，微波烧结技术可用于药物载体材料的制备。
利用微波烧结技术制备的生物医用材料具有优异的生物相容性和机械性能，可用于药物输送、组织工程和再生医学等领域。
研究现状国内外研究成果近年来，国内外研究者针对微波烧结技术进行了大量研究，取得了诸多成果。
例如，研究者利用微波烧结技术成功制备出高性能的纳米陶瓷材料、高温超导材料、生物医用材料等。
这些研究成果为微波烧结技术的发展和应用提供了重要的理论和实践基础。
陶瓷材料的微波烧结及研究进展
国的 Ｂ ｄｔ Ｂｒ ａｄ ａｏ 和 ｘ ｃｎ 及美 国的 Ｓｔｎ等开始对微 ｔ ｕｏ ｔ 波 烧结 技术 进行 系统 研究 ；Ｏ年代 以后 ， 种 高性Байду номын сангаас能 ８ 各
陶瓷 和金属 陶瓷 材 料 得 到 广 泛 应 用 ， 应 的制 备 技 相 术 也成 了人 们 关 注 的焦 点 ｌ ７。美 国 Ｓ ｈｒ ２１ － ｐｅ ｃ技 术 ｉ 公 司指 出使用 微 波烧结 比传统 烧结 方法 可 节 约 能 源 ８％ ， ０ 微波 烧结 的时问 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 “ ｐ ｅｉ Ｓ ｎ —Ｔ ｅｍ” Ｓ ｈｒ ／ ｙ ｏ ｈｒ 微波 烧结 系统 能 生产 具 有 ｃ
造成材料开裂 。它具有烧结温度低 ， 烧结时问短 ， 能 源利用 率 和 加 热效 率 高 ， 全 卫 生 ， 污染 等 优 安 无 点 “ 。 １
１ 微 波烧 结 及 陶瓷材 料烧 结特 点
艾 云龙 ， 书红 ， 长 虹 ， 军 明 ， 圣 明 刘 刘 罗 王
（ 昌航 空 大 学 ， 西 南 昌 南 江 ３０ ６ ） ３０ ３
摘
要 ： 文 阐述 了微 波烧 结的基 本原 理 ， 本 介质 与微 波 的耦 合 作 用 以及 陶瓷 材 料 的微 波 烧 结特 性 和
优 点 。对微 波烧 结 陶瓷材 料 的研 究现状 和 方 向进行 了总结 。
微 波是一 种 频率为 ０ ３— ０ Ｈ ． ３ ０ Ｇ ｚ的 电磁 波 ，Ｏ ５ 年代美 国 的 Ｙ ｎＨｉｐｌ ｏ ｐ ｅ 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 ｌ 。材料 的微 】 Ｊ
浅析微波烧结的研究进展
微波烧结的研究进展摘要：微波烧结是一种新型的利用微波加热来对材料进行烧结的方法，它是一种快速制备高质量新型材料和使传统材料具有新的性能的技术手段。
本文重点介绍了微波烧结的进展史，在陶瓷材料方面的研究进展和应用，并对微波烧结的进展趋势进行了展望。
关键词：微波烧结；陶瓷材料；研究进展；应用The Research Development of Microwave Sintering Abstract: The microwave sintering is a new method by using microwave heating carries on the sintering to the materials, it is a technological means to prepare the high quality new materials quickly and enable the traditional materials to have the new performance. This article highly introduced the history of microwave sintering, the research development and applications of it in ceramic material. At last, the development trend was predicted.Keywords: microwave sintering; ceramic material; research development; applications1前言建立在现代工业基础上的文明有赖于专门材料的应用，传统的粉末冶金材料和新兴的各种陶瓷材料是现代工业生产所不可缺少的基础，而烧结技术往往是决定粉末冶金制品和陶瓷制品性能的重要环节[1]。
陶瓷材料的微波烧结特性及应用
1.2 陶瓷材料的微波烧结设备及工艺参数
典型的微波烧结设备主要由微波发生器、波导管和加热腔 体等组成如图1所示微波源产生的微波能量由传输系统导入 加热腔中，对放置在腔体中的试样进行加热和烧结。由于 传输系统并不总是与加热腔完全匹配，因此会有一部分微 波能被反射回来，而环行器的作用就是将反射回来的微波 导向水负载，以保护微波源。
2. 降低烧结温度
在微波电磁能的作用下，材料内部分子或离子动能增 加，降低了烧结活化能，从而加速了陶瓷材料的致密化速 度，缩短了烧结时间，同时由于扩散系数的提高，使得材 料晶界扩散加强，提高了陶瓷材料的致密度，从而实现了 材料的低温快速烧结。因此，采用微波烧结，烧结温度可 以低于常规烧结且材料性能会更优，并能实现一些常规烧 结方法难以做到的新型陶瓷烧结工艺，有可能部分取代目 前使用的极为复杂和昂贵的热压法和热等静压法，为高技 术新陶瓷的大规模工业化生产开辟新的途径。例如，在 1100℃微波烧结Al2O3陶瓷1h，材料密度可达96%以 上，而常规烧结仅为60%。
前言
而微波非热效应则一直处于争论之中。一些人认为，即使 在相同的温度下，通过微波加热可以极大地促进化学反应 的进行，然而通过常规加热方法却无法实现，另一些人认 为微波化学实验中，很容易出现微波加热的过热现象，溶 剂温度可以超过沸点而不沸腾，也不能避免局部热点（ Hot spot）效应，所以很多实验中的异常现象都可以通过 热效应进行解释。微波化学中温度测量是一个难题，因此 在研究微波化学机理时一定要注意温度的测量和控制，这 样才可能得到与常规加热对比的可靠结果。在密闭容器中 进行的微波化学反应，还要注意温度和压力的变化，防止 出现爆炸现象。
通过构造适当的微波烧成环境，在l720℃保温 120 min，快速烧结并获得了致密的AlN陶瓷 。与传统烧结相比，AlN陶瓷的微波烧结效率高 ，节能优势明显，在微波烧结AlN陶瓷的过程中 ，微波的非热效应显著。在微波烧结环境中，碳 热还原气氛在AlN陶瓷致密过程中作用明显，它 一方面极大地促进了烧结，另一方面易在烧结体 晶界相内产生气孔而使AlN陶瓷的热导率降低。
微波介质陶瓷研究报告
微波介质陶瓷研究报告微波介质陶瓷是一种应用广泛的高性能陶瓷材料，其性能优异，可广泛应用于微波电子器件、高频电子玻璃等领域。
针对微波介质陶瓷的研究报告如下：一、微波介质陶瓷的基本概念微波介质陶瓷是一种用于制作微波电子器件的陶瓷材料，主要用于制作高性能陶瓷薄膜、陶瓷电容器、微波电子器件等。
其特点是介电常数高、损耗低、温度稳定性好、化学稳定性好等。
二、微波介质陶瓷的制备方法微波介质陶瓷的制备方法主要包括干燥压制、共烧法、化学气相沉积法、反应烧结法等。
其中，干燥压制方法是最常用的一种方法，通过将陶瓷粉末进行混合、干燥后压制成型，再进行烧结得到微波介质陶瓷材料。
三、微波介质陶瓷的性能要求微波介质陶瓷的性能要求主要包括介电常数、品质因数、温度系数、热膨胀系数等。
一般来说，介电常数越高、品质因数越大、温度系数越小、热膨胀系数越小，微波介质陶瓷的性能就越优异。
四、微波介质陶瓷的应用领域微波介质陶瓷的应用领域很广，包括微波天线、微波滤波器、微波隔离器、微波振荡器、微波天线等。
其中，微波滤波器是应用最为广泛的一种器件，其主要功能是将无用信号分离出来，只将需要的信号传输到下一个电路中。
五、微波介质陶瓷的发展趋势随着微波电子技术的发展，微波介质陶瓷材料的应用领域也在不断扩展。
未来，随着5G通信、人工智能等技术的不断发展，微波介质陶瓷材料的需求量也将会持续增长。
同时，人们对微波介质陶瓷材料性能的要求也会越来越高，因此，微波介质陶瓷材料的制备方法和性能要求也将不断创新和改进。
综上所述，微波介质陶瓷是一种应用广泛的高性能陶瓷材料，其制备方法和性能要求都需要进一步研究和改进。
未来，随着微波电子技术的发展和应用越来越广泛，微波介质陶瓷材料的市场前景也将会持续看好。
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注，特别在陶瓷材料研究领域这一项新技术已成为研 导电性能等。当微波穿透和传播到介电材料中时，内
究的热点，并成功地制备出了 SiO2、B4C、Al2O3、TiO2、 ZrO2、ZnO 等陶瓷材料及陶瓷复合材料[3]。
目前，微波加热已应用到陶瓷制备与处理的各个
部电磁场使电子、离子等产生运动，而弹性惯性和摩 擦力使这些运动受到阻碍，从而引起了损耗，这就产 生了体加热[4]。
陶瓷[17]。
目前，已经采用微波烧结的方法成功地制备出了
一些透明度很高的陶瓷，如 Al2O3、MgAl2O4 以及 AlN、 AlON 等。J P Cheng[16]等人在制备氧化铝透明陶瓷
的过程中，采用高纯氧化铝粉末做原料，并添加适当
的烧结助剂，置于 2.45G Hz、1.5kW 的单模腔中，升
温速率为 150℃/min，在 1700℃条件下烧结 10min 就
2
ZrO2 试样发生了开裂，而在 28GHz 下 ZrO2 试样没有 发生开裂，说明采用高频率的微波更容易获得高的成 品率。
烧结时间和升温速度对材料的组织性能有很大的 影响。过快的升温加热速度会在材料内部形成很大的 温度梯度，过大的热应力最终会导致材料开裂。微波 烧结是利用材料本身对微波的吸收转化为材料内部的 热量而使材料升温，因而材料本身的特性也对微波烧 结有很大的影响，对于介电损耗高、介电特性也不随 温度发生剧烈变化的陶瓷材料，微波烧结的加热过程 容易控制且比较稳定。但是大多数陶瓷材料存在一个 临界温度点，在室温至临界温度点以下由于介电损耗 较低升温较困难，高于临界温度时，材料的介电损耗 急剧增加，升温就变得十分迅速甚至发生局部烧熔的 现象[12]。
４ 微波在陶瓷烧成中的应用
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。
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[13]。瑞典微波技术研究所用微波能把
超纯硅石加热到 2000℃以上来制造光纤，与传统热源
相比，不仅降低能耗，而且减低了石英表面的升华率。
３．１ 陶瓷材料的微波烧结设备及工艺参数
微波烧结设备主要由微波发生器、波导管、加热 腔体和温度控制系统等组成。
目前所使用的加热腔有谐振式和非谐振式两种， 谐振式加热腔又有单模谐振腔和多模谐振腔之分。单 模谐振腔的特点是场强集中，适合烧结介质损耗因子 较小的材料。多模谐振腔的特点是结构简单，适用各 种加热负载，但由于腔内存在多种谐振模式，加热均 匀性差，而且很难精确分析, 对不同的材料进行微波烧 结需要不断通过试验调节烧结炉的参数。
波是一种高频电磁波，其频率范围为 0.3～300GHz。在 分钟，极大地提高了能源的利用效率。
微波烧结技术中使用的频率主要为 2.45GHz，Sutton
(2) 经济简便地获得 2000℃以上的超高温。普通
对该频率波段的微波烧结进行了详细研究[4]。也有对 陶瓷的烧结需要 1300℃以上的高温，这样对高温炉子
℃，保温时间为 5min 的条件下，可得到致密度为 88%
的 SiC 陶瓷材料，同样，在氮气气氛中用微波烧结 AlN，
在升温速度为 200～250℃/min，烧结温度为 1900℃，
保温 10min 的条件下，可得到致密度为 89% 的 AlN 陶
瓷材料[14]。
Cable[16]在 19 世纪 60 年代首先制备出了透明氧化
对烧结过程使用高的微波频率，一方面由于具有 更高频率微波的波长更短，在谐振腔内更容易得到更 均匀的微波场，从而提高微波加热的均匀性；另一方
面，由于使用的微波频率越高，使样品在单位时间内 吸收的能量越多，烧结体致密化速度越快。丁明桐等 [11]报道了在一非谐振腔中采用 2.45GHz 和 28GHz 两种 频率对 ZrO 进行微波烧结的结果，在 2.45GHz 频率下
微波电磁场的作用下会产生介质极化，如电子极化、 温状态，而其余部分仍处于常温状态，所以整个装置
原子极化、偶极子转向极化和界面极化等[7]。在极化过 结构紧凑、简单，制造和使用成本较低。
程中极性分子由原来的随机分布状态转向依照电场的
(3) 改进陶瓷材料显微结构和宏观性能。由于微
极性排列取向，由于微波电磁场的频率很高，随着交 波烧结的速度快、时间短，从而避免了烧结过程中陶
第 41 卷 第 4 期 2005 年 8 月
综述与评述
中国陶瓷 CHINACERAMICS
Vol.41 No.4 Aug.2005
陶瓷的微波烧结及研究现状
刘平安, 王 慧, 程小苏, 税安泽, 曾令可 (华南理工大学材料学院, 广州 510640)
摘 要: 介绍了微波烧结原理与特点、微波烧结设备与工艺参数以及微波烧结技术在陶瓷材料领域中的应用 和所取得的研究成果。同时也指出了目前微波烧结应用中有待进一步研究和开拓的问题。
化，极化强度矢量会滞后于电场强度矢量一个角度， 导致与电场同相的电流产生，从而构成材料内部的耗 散。在微波波段，主要是偶极子转向极化和界面极化
为一种新型的粉末冶金快速烧结技术[2]。近 20 年来，微 波技术在材料科学领域中的应用越来越受到人们的关
产生的吸收电流构成材料的功率耗散。微波烧结的关 键取决于材料自身的特性，如介电性能、磁性能以及
变电磁的频率不断变化，分子的取向也在不断变化， 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。
收稿日期:2005-05-20 基金项目:广州市科技局重点科技攻关项目(2002Z3-D0121)和华南理工大学科学基金项目(324-E5041340) 作者简介:刘平安(1969-),讲师，博士生,主要研究方向为高性能无机材料
采用微波烧结新技术研究了纳米金属陶瓷材料的烧结
工艺与性能，结果表明,微波烧结 Al2O3-TiCN-Mo-Ni 纳米金属陶瓷在 1400℃的温度下保温 10 分钟，可达到
99% 的相对密度；烧结温度降低，烧结时间大幅度缩
短，且烧结前后晶粒尺寸变化很小。
微波烧结技术在功能陶瓷方面也进行了许多研
究。O.P.Thakur[21]等人对 Ba Sr TiO (BST)的微波
微波烧结过程中的测温问题是实现烧成过程控制 及研究的关键。目前常用的测温方法包括热电偶测温、 光学高温计测温及红外光纤测温等几种方法，它们各 有其优缺点。现在大多数微波烧结炉使用红外光纤测 温装置。
３．２ 微波烧结过程中的主要工艺参数
采用微波烧结技术已成功地制备出了 S i O 、 2
Fe3O4、ZrO2、Al2O3、SiC、Si3N4、Al2O3-TiC、BC、Y2O32ZrO2 和 TiO2 等烧结体[3,10]。微波烧结主要工艺参数有： 微波频率、烧结时间、升温速度及材料本身的介电损 耗等。
28GHz[5]、60GHz[6]甚至更高频率的研究报道。微波烧 的发热元件、绝热材料及保温材料就提出了很苛刻的
结是利用微波电磁场中陶瓷材料的介质损耗使材料整 要求，制造和使用成本都很高。而微波则利用了材料
体加热至烧结温度而实现烧结和致密化。介质材料在 本身的介电损耗发热，整个微波装置只有试样处于高
微波烧结过程中由于升温速度很快和微波场不均 匀，在样品内部容易产生温度梯度，从而导致烧结产 品出现裂纹。解决方法一是在样品周围加入保温层， 减小热损失、预热低损耗材料和防止加热腔中发生微 波打火现象等多种作用。要求保温材料具有不吸收或 少吸收微波、绝缘性好、高温下不与被烧结材料发生 反应等特点。另一种方法就是在保温层的结构设计中 应尽量减小坯体与保温层之间的间隔, 加大保温层的厚 度, 这样有利于改善加热的均匀性。
２００５ 年 第 ４ 期
中 国 陶 瓷
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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，这就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
β”-Al2O3 粉末，并与常规的加热合成进行了对比，结 果发现在相同的温度条件下用微波合成比用常规加热
合成产物中β”-Al O 的含量高。北京科技大学李云 23
凯[19]等人采用 Al2O3 和 ZrO2(3Y)纳米粉为原料,对不同 配比的 Al2O3-ZrO2(3Y)复相陶瓷进行微波烧结研究,获 得了很高的致密度，并提高了断裂韧度。晋勇[20]等人
(1) 极快的加热和烧结速度。传统加热是通过试
２ 微波烧结原理及特点 ２．１ 微波烧结原理
样由表及里的传导来达到温度均匀。微波加热是材料 内部整体同时加热，升温速度快，从而大大缩短了烧 结时间，尤其是对一些陶瓷材料的烧结过程，从过去
微波烧结是利用微波加热来对材料进行烧结。微 的几天甚至几周降低到用微波烧结的几个小时甚至几
过程，微波烧结与常规烧结相比具有烧结速度快、高 效节能、符合环保要求以及改善材料组织、提高材料 性能等一系列优点。随着对微波烧结技术研究的深入， 微波烧结的优势逐渐为人们所接受，微波烧结在陶瓷 材料中的应用将不断深入和扩大。
２．２ 微波烧结的特点
微波烧结具有许多常规烧结无法实现的优点，如 效率高、能量利用率高、无污染、能整体快速加热、烧 结温度降低、材料的显微结构均匀等。
关键词: 微波烧结, 原理, 设备, 陶瓷材料 中图分类号：ＴＱ１７４ 文献标识码： 文章编号：１００１－９６４２（２００５）０４－０００５－０３
１ 引 言
但材料内部的介质极化过程无法跟随外电场的快速变
材料的微波烧结始于 20 世纪 60 年代，由 Tinga. W.R 等人[1]提出微波烧结的概念。20 世纪 80 年代中后 期微波烧结技术被引入到材料科学领域，逐渐发展成
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中 国 陶 瓷
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