微波烧结
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，也很难得到细晶。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。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。此过程中微观粒子之间的能量交换，在宏观上就表现为能量损耗。微波促进材料烧结的机制研究结果表明，微波辐射会促进致密化，促进晶粒生长，加快化学反应等效应。因为在烧结中，微波不仅仅只是作为一种加热能源，微波烧结本身也是一种活化烧结过程。M.A.Janny等首先对微波促进结构的现象进行了分析，测定了高纯Al2O3烧结过程中的表观活化能Ea，发现微波烧结中Ea仅为170kj/mol，而在常规电阻加热烧结中Ea=575kj/mol，由此可推测微波促进了原子的扩散。M.A.Janny等进一步用18O示踪法测量了Al2O3单晶的扩散过程，也证明微波加热条件下扩散系数高于常规加热时的
扩散系数。S.A.Freeman等的实验结果表明，微波场具有增强离子电导的效应。认为高频电场能促进晶粒表层带电空位的迁移，从而使晶粒产生类似于扩散蠕动的塑性变形，从而促进了烧结的进行。
微波烧结是一种利用微波加热来对材料进行烧结的方法。材料的微波烧结开始于20世纪6o年代中期,Tin．ga．W．R首先提出了陶瓷材料的微波烧结；到2O世纪7O年代中期．法国的Badot和erteand开始对微波烧结技术进行系统研究。微波烧结以其特有的节能、省时的优点，得到了发达国家政府、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。而在国外．微波烧结也已进入产业化阶段．其中美国已具有生产微波连续烧结设备的能力，其对象主要针对硬质合金。因此，中国在烧结炉的应用方面也正需要进一步努力以迎头赶上这次技术革命。
微波烧结的工作原理
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，材料的在电磁场中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。微波烧结原理与目前的常规烧结工艺有着本质区别。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。
而在微波烧结炉中采用微波发生器来代替传统的热源，它与传统技术相比较．属于两种截然不同的加热方式。微波介质进行加热，化学原料一旦放入微波电场中．其中的极性分子和非极性分子就引起极化．变成偶分子。按照电场方向定向，由于该电场属于交变电场，所以偶极子便随着电场变化而引起旋转和震动圜．例如频率为2．45GHz，以每秒24亿5千万次的旋转和震动．产生了类似于分子之间相互摩擦的效应．从而吸收电场的能量而发热．物体本身成为发热体。当用传统方式加热时．点火引燃总是从样品表面开始．燃烧从表面向样品内部传播最终完成烧结反应。而采用微波辐射时．情况就不同了。由于微波有较强的穿透能力，它能深入到样品内部．首先使样品中心温度迅速升高达到着火点并引发燃烧合成。烧结波沿径向从里向外传播，这就能使整个样品几乎是均匀地被加热，最终完成烧结反应。微波点火引燃在样品中产生的温度梯度(dT，dt)比传统点火方式小得多。换句话说．微波烧结过程中烧结波的传播要比传统加热方式均匀得多。因此对于一些高质量要求的烧结，如陶瓷．硅片等．微波烧结具有重要的研究价值和意义。
微波烧结设备的工业应用
微波烧结设备可用于烧结各种高品质陶瓷、钴酸锂、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆、氢氧化镁、铝、锌、高岭土、硫酸钴，草酸钴、五氧化二钒、磷石膏／石膏等；烧结电子陶瓷器件：PZT 压电陶瓷、压敏电阻等。
同时实验还表明，当试件的压紧密度高时，传统加热方式引发的燃烧波的传播速率大大减小，甚至因“自熄”而不能自燃。但是，若采用微波辐照，由于温度的升高是反应物质本身吸收微波能量的结果，只要微波源不断地给予能量，样品温度将很快达到着火温度。反应一旦引发，放出的热量又促使样品温度进一步升高达到燃烧温度，样品吸收微波辐射的能力也同时增加，这就保证了反应能够保持在一个足够高的温度下进行．直到反应完全。微波燃烧合成或微波烧结是一个可以控制的过程。这就是说，我们可以根据对产品性质的要求，通过对一系列参数的调整，人为地控制燃烧波的传播。这是微波燃烧合成较之于传统技术的一个显著的优点。微波功率的调节，可以是直接采用可调功率的微波源来控制样品对微波能量的吸收(或耗散)。
结论和展望
微波烧结技术的推广应用既有利于大幅度降低材料烧结成本．也会促进新型材料的工业化应用。而且微波烧结技术的应用范围涉及硬质合金、工程陶瓷、磁性材料、纳米材料等．在21世纪有望发展成为规模巨大的新兴产业。可以推测．随着微波烧结设备的工业化推广与发展，微波烧结技术的产业化高潮即将到来。
1、引言微波烧结是一种利用微波加热来对材料进行烧结的方法哪。材料的微波烧结开始于20世纪6o年代中期,Tin．ga．W．R 首先提出了陶瓷材料的微波烧结；到2O世纪7O年代中期．法国的Badot和erteand开始对微波烧结技术进行系统研究。微波烧结以其特有的节能、省时的优点，得到了发达国家政府、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。而在国外．微波烧结也已进入产业化阶段．其中美国已具有生产微波连续烧结设备的能力，其对象主要针对硬质合金。因此，中国在烧结炉的应用方面也正需要进一步努力以迎头赶上这次技术革命。
2、微波烧结的工作原理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，材料的在电磁场中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。微波烧结原理与目前的常规烧结工艺有着本质区别。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。而在微波烧结炉中采用微波发生器来代替传统的热源，它与传统技术相比较．属于两种截然不同的加热方式。微波介质进行加热，化学原料一旦放入微波电场中．其中的极性分子和非极性分子就引起极化．变成偶分子。按照电场方向定向，由于该电场属于交变电场，所以偶极子便随着电场变化而引起旋转和震动圜．例如频率为2．45GHz，以每秒24亿5千万次的旋转和震动．产生了类似于分子之间相互摩擦的效应．从而吸收电场的能量而发热．物体本身成为发热体。当用传统方式加热时．点火引燃总是从样品表面开始．燃烧从表面向样品内部传播最终完成烧结反应。而采用微波辐射时．情况就不同了。由于微波有较强的穿透能力，它能深入到样品内部．首先使样品中心温度迅速升高达到着火点并引发燃烧合成。烧结波沿径向从里向外传播，这就能使整个样品几乎是均匀地被加热，最终完成烧结反应。微波点火引燃在样品中产生的温度梯度(dT，dt)比传统点火方式小得多。换句话说．微波烧结过程中烧结波的传播要比传统加热方式均匀得多。因此对于一些高质量要求的烧结，如陶瓷．硅片等．微波烧结具有重要的研究价值和意义。 3、微波烧结设备的工业应用微波烧结设备可用于烧结各种高品质陶瓷、钴酸锂、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆、氢氧化镁、铝、锌、高岭土、硫酸钴，草酸钴、五氧化二钒、磷石膏／石膏等；烧结电子陶瓷器件：PZT压电陶瓷、压敏电阻等。同时实验还表明，当试件的压紧密度高时，传统加热方式引发的燃烧波的传播速率大大减
小，甚至因“自熄”而不能自燃。但是，若采用微波辐照，由于温度的升高是反应物质本身吸收微波能量的结果，只要微波源不断地给予能量，样品温度将很快达到着火温度。反应一旦引发，放出的热量又促使样品温度进一步升高达到燃烧温度，样品吸收微波辐射的能力也同时增加，这就保证了反应能够保持在一个足够高的温度下进行．直到反应完全。微波燃烧合成或微波烧结是一个可以控制的过程。这就是说，我们可以根据对产品性质的要求，通过对一系列参数的调整，人为地控制燃烧波的传播。这是微波燃烧合成较之于传统技术的一个显著的优点。微波功率的调节，可以是直接采用可调功率的微波源来控制样品对微波能量的吸收(或耗散)。 4、结论和展望微波烧结技术的推广应用既有利于大幅度降低材料烧结成本．也会促进新型材料的工业化应用。而且微波烧结技术的应用范围涉及硬质合金、工程陶瓷、磁性材料、纳米材料等．在21世纪有望发展成为规模巨大的新兴产业。可以推测．随着微波烧结设备的工业化推广与发展，微波烧结技术的产业化高潮即将到来。
微波烧结是一种利用微波加热来对材料进行烧结的方法哪。材料的微波烧结开始于20世纪6o年代中期,Tin．ga．W．R首先提出了陶瓷材料的微波烧结；到2O世纪7O年代中期．法国的Badot和erteand开始对微波烧结技术进行系统研究。微波烧结以其特有的节能、省时的优点，得到了发达国家政府、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。而在国外．微波烧结也已进入产业化阶段．其中美国已具有生产微波连续烧结设备的能力，其对象主要针对硬质合金。因此，中国在烧结炉的应用方面也正需要进一步努力以迎头赶上这次技术革命。 2、微波烧结的工作原理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，材料的在电磁场中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。微波烧结原理与目前的常规烧结工艺有着本质区别。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。而在微波烧结炉中采用微波发生器来代替传统的热源，它与传统技术相比较．属于两种截然不同的加热方式。微波介质进行加热，化学原料一旦放入微波电场中．其中的极性分子和非极性分子就引起极化．变成偶分子。按照电场方向定向，由于该电场属于交变电场，所以偶极子便随着电场变化而引起旋转和震动圜．例如频率为2．45GHz，以每秒24亿5千万次的旋转和震动．产生了类似于分子之间相互摩擦的效应．从而吸收电场的能量而发
热．物体本身成为发热体。当用传统方式加热时．点火引燃总是从样品表面开始．燃烧从表面向样品内部传播最终完成烧结反应。而采用微波辐射时．情况就不同了。由于微波有较强的穿透能力，它能深入到样品内部．首先使样品中心温度迅速升高达到着火点并引发燃烧合成。烧结波沿径向从里向外传播，这就能使整个样品几乎是均匀地被加热，最终完成烧结反应。微波点火引燃在样品中产生的温度梯度(dT，dt)比传统点火方式小得多。换句话说．微波烧结过程中烧结波的传播要比传统加热方式均匀得多。因此对于一些高质量要求的烧结，如陶瓷．硅片等．微波烧结具有重要的研究价值和意义。 3、微波烧结设备的工业应用微波烧结设备可用于烧结各种高品质陶瓷、钴酸锂、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆、氢氧化镁、铝、锌、高岭土、硫酸钴，草酸钴、五氧化二钒、磷石膏／石膏等；烧结电子陶瓷器件：PZT压电陶瓷、压敏电阻等。同时实验还表明，当试件的压紧密度高时，传统加热方式引发的燃烧波的传播速率大大减小，甚至因“自熄”而不能自燃。但是，若采用微波辐照，由于温度的升高是反应物质本身吸收微波能量的结果，只要微波源不断地给予能量，样品温度将很快达到着火温度。反应一旦引发，放出的热量又促使样品温度进一步升高达到燃烧温度，样品吸收微波辐射的能力也同时增加，这就保证了反应能够保持在一个足够高的温度下进行．直到反应完全。微波燃烧合成或微波烧结是一个可以控制的过程。这就是说，我们可以根据对产品性质的要求，通过对一系列参数的调整，人为地控制燃烧波的传播。这是微波燃烧合成较之于传统技术的一个
显著的优点。微波功率的调节，可以是直接采用可调功率的微波源来控制样品对微波能量的吸收(或耗散)。 4、结论和展望微波烧结技术的推广应用既有利于大幅度降低材料烧结成本．也会促进新型材料的工业化应用。而且微波烧结技术的应用范围涉及硬质合金、工程陶瓷、磁性材料、纳米材料等．在21世纪有望发展成为规模巨大的新兴产业。可以推测．随着微波烧结设备的工业化推广与发展，微波烧结技术的产业化高潮即将到来。