微波烧结的研究进展及其在陶瓷材料中的应用

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
中国 陶瓷 工 业
ＣＨｌ Ａ ＲＡＭＩ ｌ Ｎ ＣＥ Ｃ ＮＤＵＳＴ ＲＹ
２１ ０ ０年 １ ０月 第 １ 卷 第 ５期 ７
Ｏｃ． ０ ０ Ｖｏ． ７ Ｎｏ ５ ｔ ２ １ １１ ． ．
文章 编 号 ：０ ６ ２ ７ （０ ０ ０ — ０ ５ ０ １０— ８ ４ ２ １ ）５ ０ ６ — ３
波烧结的应用奠定了基础 ｎ Ｉ 料的微波烧结开始于 ２ 。材 ０世纪
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 以及导电性能等。
２２ 微 波烧 结 的特 点 ．
６ Ｏ年代 中期 ， Ｔｎ ａ Ｒ等人首 先提 出用微波对 陶瓷材 料 由 ｉｇ Ｗ 进行烧结［ ２ １ 。到 ７ ０年代 中期 ， 法国的 Ｂ ｄ ｔ Ｂ ｎ ａ ａ 美 ａ ｏ 和 ｅ ｅＩ ［ １ｌ ．及 １ 国的 Ｓ ａｎ［ ｕｏ ｔ］ ４ 等开始 对微波烧 结技术进 行系统 研究 ；０年 代 ８
中 国 陶 瓷 工 业
２ １ 第 ５期 ０ ０年
处 于常 温状 态， 以整个装置结构紧凑 、 所 简单 ， 制造和使用成 本较低 。 ２２３ ．．选择性烧结 对于多相混合材料 ， 由于不 同介质吸收微波的能力不同 ， 产生的耗散功率不同 ， 热效应也 不同 ， 可以利用这一 点来对复 合材料进行选择性烧结 ，研究新 的材料和得到材料 的更佳性
不过微波是一种频率非常高的电磁波 ，又称超高频 。通常把 ３０ ０ ＭＨｚ ３ ０ Ｈ ～ ０ Ｇ ｚ的 电磁波划为 微波 ， 其对 应的波长 范围为
１－０ ０ ． ０ ｍｍ。 自从 ２ １ ０世纪 ４ ０年代以来 ， 微波在雷达 、 讯、 通 能 源、 等离子体和 固体物理等领域得到 了广泛的应用 。５ ０年代
微 波烧 结 的研 究进 展及 其 在 陶瓷 材料 中 的应 用
郝 斌 刘 大 成
（ 山学 院环 境与 化 学工程 系， 山 ：６ ０ ０ 唐 唐 ０３０ ）
摘 要 微 波烧 结 不 同 于传 统 烧 结 ， 一 种 全 新 的 烧 结技 术 。本 文介 绍 了微 波 烧 结 的 原 理 及 特 点 ， 面综 述 了微 波 烧 结技 术 的研 是 全
１ 前 言
与无线电、 红外线 、 可见光一样 ， 微波也是一种 电磁波 。只
介质极化 ， 电子极化 、 如 原子极化 、 偶极 子转向极化和界面极 化 等 在极化过程 中极性分子 由原来的随机 分布状态转向依 。 照 电场 的极性排列取向 ， 而在高频 电磁场作用下 ， 分子取 向按 交变 电磁的频率不断变化 。但材料 内部的介质极化过程无法
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
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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
２１ 微 波 烧 结 的 原理 ．
大体积区域 中的零梯度均匀加热 ，所 以可 以大大降低烧结温
跟随外 电场的快 速变化 ，极化 强度矢量会滞后于电场强度矢
量一个 角度 ， 导致 电极化过程 中显示 出电滞现象 ， 此过程 中微 观粒子之间的能量交换在 宏观上 表现为能量损耗 。在微波波 段 ，主要是偶极子转 向极化 和界面极化 产生的吸 收电流构成
美国的 Ｖ ｎＨｐ ｅ 在材 料介质 特性 方面的 开创性 工作为 微 ｏ ｉｐｌ
电磁波透 入物质的速度 与光 的传播速 度是十分接近的 ， 因而在微波波段将 电磁波 的能量转化为物质分子 的能量的时
间快于千万 分之 一秒 ，这就是微波可形成 内外 同时加热的原
以后 ， 各种高性能陶瓷和金属陶瓷材料得到广泛应用 。 目 ， 前
微波加热 的研究涉及 到陶瓷制 备与处理 的各个过 程 ，如精 细 陶瓷材料 的制备 ， 陶瓷材料的高温烧 结 ， 陶瓷复合材料 的焊 接 等。 随着对微波烧结技术研究的深入 ， 能够用于微波烧结的材 料种 类将不断扩大 ， 引起广泛关注 。
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。
容易就散失到环境 中去 ， 从而造成极大的能量损失。 微波加热不 同于传统的加热方式。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而
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
材料 的传统加热 方式是必须将材 料置于加 热的环境 中 ， 热能通过对流 、 传导或辐射 的方式传递至材料表面 ， 由表面 再
传导到材料内部 ， 直至达到热平衡 。在此期 间 ， 加热环境不可 能完全的绝热封 闭，而且为了使材料芯部的组织状态与表面 相同， 达到烧透的 目的 ， 加热 时间一般 都会很长 ， 大量热 量很
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 ３ ｏ ０ 子 的发热元件 、 绝热材料及保温材料就提 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