前言:
微波烧结是一种快速制备高质量新型材料和使传统材料具有新型性能的高新技术。本文阐述了微波烧结的原理、特点以及微波烧结在陶瓷烧结行业的应用和展望、
关键词:微波烧结;陶瓷烧结;展望
一、微波烧结的原理及特点
1、微波烧结的原理
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,实现烧结和致密化。与常规烧结相比,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料内部的热梯度和热流方向与常规烧结时完全不同,不仅实现了快速均匀加热,同时不会引起试样开裂或在试样内形成热应力,使材料内部形成均匀的细晶结构和较高的致密性,改善了材料性能。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。
2、微波烧结的特点
二、微波烧结在陶瓷行业的应用
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。以下是部分物料的实验数据。
1、氧化物陶瓷
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,采用微波烧结比常规烧结更容易制备出透明陶瓷,较为成功的有Al2O3、ZrO2、ZnO、MgO、SiO2及其复合材料等。微波烧结温度场均匀、热应力小,适宜于快速烧结,因而可使陶瓷材料晶粒细化 (见表1),提高了材料显微结构的均匀性。
材料 | 微波烧结 | 常规烧结 |
Al2O3 | 2.6~2.9 | 3.5~4.0 |
ZrO2~Al2O3 | 0.5 | 1.0 |
Y2O3~ZrO2 | 2.3 | 3.5 |
ZnO | 5~6 | 10 |
2、非氧化物陶瓷
B4C、SiC、Si3N4、TiB2、AlN等是成功采用微波烧结的非氧化物陶瓷材料。以下是Ji-pingCheng等采用微波烧结AlN透明陶瓷,烧结温度1850℃,保温时间30min,可以得到透明度很高的烧结产品,与传统烧结相比,大大地缩短了加热时间,见表2。
工艺性能 | 微波烧结 | 常规烧结 |
烧结前晶粒尺寸 | 1.5 | 1.4 |
烧结温度/℃ | 1850 | 1850 |
气氛保护 | N2 | N2 |
保温时间 | 30 | 420 |
烧结后试样密度g・cm-3 | 3.22 | 3.22 |
透明度 | 38 | 0 |
田岛健一研究了PZT陶瓷的微波烧结,2.45GHz微波烧结与常规电阻炉烧结PZT陶瓷的效果对比如表3
工艺性能 | 微波烧结 | 传统烧结 |
烧结条件/℃・min | 960×15 | 960×120 |
对密度,% | 98.9 | 98.7 |
晶粒尺寸/um | 3.2 | 7.0 |
介电常数Σma | 20100 | 20180 |
击穿场强/kV・mm-1 | 10.0 | 6.2 |
抗弯强度/MPa | 89 | 65 |
三、微波烧结技术的展望
微波烧结技术是一种极有价值和应用前景的烧结技术,目前已在微波烧结设备、烧结工艺及机理研究方面取得了瞩目的成就。作为一种省时、节能、节省劳动力、无污染的技术,微波烧结能满足当今节约能源,保护环境的要求,它所具有的活化烧结的特点有利于获得优良的显微组织,从而提高材料性能,微波与材料耦合的特点,决定了用微波可进行原则性加热,从而能制得具有特殊组织结构的材料,如梯度功能材料。随着微波烧结设备朝着更高功率密度、自动化、智能化方 向的发展,微波烧结技术必将成为最具应用前景的新一代烧结技术。
四、结束语
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