微波烧结的特点

微波烧结的特点
与传统的烧结工艺相比，微波烧结具有如下优点：
∙降低烧结温度，与传统烧结相比，降温幅度最大可达500℃左右。

∙高效节能，比传统烧结节能70%～90%。

由于微波烧结的时间大大缩短，因此大大提高了能源的利用效率。

∙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。

∙提高快速升温条件下材料的性能。

使用微波烧结快速升温和致密化可以抑制晶粒组织长大，从而制备纳米粉末、超细或纳米块体材料。

∙提高致密度，增加晶粒均匀性。

微波辐射可提高粒子动能、有效加速粒子扩散。

材料烧结过程包括致密化阶段和晶粒生长阶段，致密化速率主要与坯体颗粒间的离子扩散速率有关，晶粒生长速率则主要依赖于晶界扩散速率。

所以微波烧结有助于提高材料致密度，增加晶粒均匀性。

但微波烧结也体现出了传统烧结不曾有的缺点：
加热设备复杂、需特殊设计、成本高；同时，由于不同介质吸收微波的能力及微波耦合不同，出现了微波可吸收材料，半吸收材料，不吸收材料等，选择性加热使得微波透过材料不能烧结，同时出现热斑现象。

4
影响微波烧结效果的因素
影响微波烧结效果的因素主要有：所使用的微波频率，烧结时间与烧结升温速度，材料本身的介电损耗特性等。

∙使用高的微波频率对烧结过程有两方面的影响：可以改善微波烧结的均匀性，加快烧结过程。

提高频率对改善微波加热的均匀性有一定的作用。

另一方面，使用的微波频率越高，在单位时间内样品吸收的能量越多，烧结致密化速度越快。

∙烧结时间和加热速度对烧结体的组织性能有很大的影响。

高温快烧和低温慢烧均会造成组织晶粒尺寸不均匀，孔隙尺寸过大等现象。

过快的加热速度会在材料内部形成很大的温度梯度，产生的热应力过大会导致材料开裂。

材料本身的特性也对微波烧结有很大的影响。

微波烧结是利用材料对微波的吸收转化为材料内部的热量而使材料升温，因而存在材料吸收微波能力的问题。

烧结工艺与具体的微波装置、每种材料本身特性有关。

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比较稳定，加热过程容易控制。

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介电损耗较低，升温较困难。

一旦材料温度高于临界温度，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现象。

5
微波烧结工艺的应用及工业化
目前已知适合微波工艺的陶瓷材料主要有以下几类，氮/碳化物：TiN、AIN、VN、Si3N4、TiC、SiC、WC、VC、B4C、TiCN、BN；硼化物：TiB2、ZrB2；氧化物：ZrO、TiO2、ZnO、CeO2；介质材料：Al2O3、YO、SiC等。

到目前为止，几乎所有的陶瓷材料已经使用微波工艺进行了烧结。

但陶瓷材料微波烧结工艺产业化发展远不如研究领域活跃。

据报道，到目前为止也仅有Al2O3、ZnO、WC/Co、V2O5等陶瓷材料实现了小规模工业化生产。

材料介质特性数据缺乏和设备的缺乏、昂贵，是阻碍微波烧结技术发展产业化最主要的两大障碍。

目前微波烧结产业化的发展主要集中于高温结构陶瓷和传统工艺不易烧结的陶瓷材料。

但对于大多数电子陶瓷材料而言，其烧结温度并不高，虽然对于实现微波技术在陶瓷材料的工业化生产目前还有许多困难，但微波烧结工艺所展现的传统烧结工艺无法比的优势，势必成为推动微波烧结技术工业化发展的动力。