1 引言
微波燒結(jié)是一種利用微波加熱來(lái)對(duì)材料進(jìn)行燒結(jié)的方法哪。材料的微波燒結(jié)開(kāi)始于20世紀(jì)6o年代中期,Tin．ga．W．R首先提出了陶瓷材料的微波燒結(jié)；到2O世紀(jì)7O年代中期．法國(guó)的Badot和erteand開(kāi)始對(duì)微波燒結(jié)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。微波燒結(jié)以其特有的節(jié)能、省時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，得到了發(fā)達(dá)國(guó)家政府、工業(yè)界、學(xué)術(shù)界的廣泛重視，我國(guó)也于1988年將其納入“863計(jì)劃”。在此期間．主要探索和研究了微波理論．微波燒結(jié)裝置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和材料燒結(jié)工藝，材料介電參數(shù)測(cè)試．材料與微波交互作用機(jī)制以及電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬等，燒結(jié)了許多不同類型的材料。而在國(guó)外．微波燒結(jié)也已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段．其中美國(guó)已具有生產(chǎn)微波連續(xù)燒結(jié)設(shè)備的能力，其對(duì)象主要針對(duì)硬質(zhì)合金。因此，中國(guó)在燒結(jié)爐的應(yīng)用方面也正需要進(jìn)一步努力以迎頭趕上這次技術(shù)革命。
2微波燒結(jié)的工作原理
微波燒結(jié)是利用微波具有的特殊波段與材料的基本細(xì)微結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生熱量，材料的在電磁場(chǎng)中的介質(zhì)損耗使其材料整體加熱至燒結(jié)溫度而實(shí)現(xiàn)致密化的方法。微波燒結(jié)原理與目前的常規(guī)燒結(jié)工藝有著本質(zhì)區(qū)別。由于材料可內(nèi)外均勻地整體吸收微波能并被加熱，使得處于微波場(chǎng)中的被燒結(jié)物內(nèi)部的熱梯度和熱流方向與常規(guī)燒結(jié)時(shí)完全不同。微波可以實(shí)現(xiàn)快速均勻加熱而不會(huì)引起試樣開(kāi)裂或在試樣內(nèi)形成熱應(yīng)力，更重要的是快速燒結(jié)可使材料內(nèi)部形成均勻的細(xì)晶結(jié)構(gòu)和較高的致密性，從而改善材料性能。同時(shí)，由于材料內(nèi)部不同組分對(duì)微波的吸收程度不同，因此可實(shí)現(xiàn)有選擇性燒結(jié)，從而制備出具有新型微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能的材料。
而在微波燒結(jié)爐中采用微波發(fā)生器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱源，它與傳統(tǒng)技術(shù)相比較．屬于兩種截然不同的加熱方式。微波介質(zhì)進(jìn)行加熱，化學(xué)原料一旦放入微波電場(chǎng)中．其中的極性分子和非極性分子就引起極化．變成偶分子。按照電場(chǎng)方向定向，由于該電場(chǎng)屬于交變電場(chǎng)，所以偶極子便隨著電場(chǎng)變化而引起旋轉(zhuǎn)和震動(dòng)圜．例如頻率為2．45GHz，以每秒24億5千萬(wàn)次的旋轉(zhuǎn)和震動(dòng)．產(chǎn)生了類似于分子之間相互摩擦的效應(yīng)．從而吸收電場(chǎng)的能量而發(fā)熱．物體本身成為發(fā)熱體。當(dāng)用傳統(tǒng)方式加熱時(shí)．點(diǎn)火引燃總是從樣品表面開(kāi)始．燃燒從表面向樣品內(nèi)部傳播*終完成燒結(jié)反應(yīng)。而采用微波輻射時(shí)．情況就不同了。由于微波有較強(qiáng)的穿透能力，它能深入到樣品內(nèi)部．首先使樣品中心溫度迅速升高達(dá)到著火點(diǎn)并引發(fā)燃燒合成。燒結(jié)波沿徑向從里向外傳播，這就能使整個(gè)樣品幾乎是均勻地被加熱，*終完成燒結(jié)反應(yīng)。微波點(diǎn)火引燃在樣品中產(chǎn)生的溫度梯度(dT，dt)比傳統(tǒng)點(diǎn)火方式小得多。換句話說(shuō)．微波燒結(jié)過(guò)程中燒結(jié)波的傳播要比傳統(tǒng)加熱方式均勻得多。因此對(duì)于一些高質(zhì)量要求的燒結(jié)，如陶瓷．硅片等．微波燒結(jié)具有重要的研究?jī)r(jià)值和意義。
3 微波燒結(jié)設(shè)備的工業(yè)應(yīng)用
微波燒結(jié)設(shè)備可用于燒結(jié)各種高品質(zhì)陶瓷、鈷酸鋰、氮化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、氫氧化鎂、鋁、鋅、高嶺土、硫酸鈷，草酸鈷、五氧化二釩、磷石膏／石膏等；燒結(jié)電子陶瓷器件：PZT壓電陶瓷、壓敏電阻等。
同時(shí)實(shí)驗(yàn)還表明，當(dāng)試件的壓緊密度高時(shí)，傳統(tǒng)加熱方式引發(fā)的燃燒波的傳播速率大大減小，甚至因“自熄”而不能自燃。但是，若采用微波輻照，由于溫度的升高是反應(yīng)物質(zhì)本身吸收微波能量的結(jié)果，只要微波源不斷地給予能量，樣品溫度將很快達(dá)到著火溫度。反應(yīng)一旦引發(fā)，放出的熱量又促使樣品溫度進(jìn)一步升高達(dá)到燃燒溫度，樣品吸收微波輻射的能力也同時(shí)增加，這就保證了反應(yīng)能夠保持在一個(gè)足夠高的溫度下進(jìn)行．直到反應(yīng)完全。微波燃燒合成或微波燒結(jié)是一個(gè)可以控制的過(guò)程。這就是說(shuō)，我們可以根據(jù)對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的要求，通過(guò)對(duì)一系列參數(shù)的調(diào)整，人為地控制燃燒波的傳播。這是微波燃燒合成較之于傳統(tǒng)技術(shù)的一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)。微波功率的調(diào)節(jié)，可以是直接采用可調(diào)功率的微波源來(lái)控制樣品對(duì)微波能量的吸收(或耗散)。
4 結(jié)論和展望
微波燒結(jié)技術(shù)的推廣應(yīng)用既有利于大幅度降低材料燒結(jié)成本．也會(huì)促進(jìn)新型材料的工業(yè)化應(yīng)用。而且微波燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用范圍涉及硬質(zhì)合金、工程陶瓷、磁性材料、納米材料等．在21世紀(jì)有望發(fā)展成為規(guī)模巨大的新興產(chǎn)業(yè)�？梢酝茰y(cè)．隨著微波燒結(jié)設(shè)備的工業(yè)化推廣與發(fā)展，微波燒結(jié)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化高潮即將到來(lái)。
