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微波烧结设备技术的特点

返回列表 发布日期: 18-06-30

微波烧结设备技术的特点

微波烧结设备技术的特点

1、整体加热

微波加热是将材料自身吸取的微波能转化为材料内部分子的动能和势能,热量从材料内部产生,而不是来自于其他发热体,这种内部的体加热所产生的温度梯度和热传导方式与传统加热不同。在这种体加热过程中,电磁能以波的形式渗透到介质内部引起介质损耗而发热,这样材料就被整体同时均匀加热'而材料内部温度梯度很小或者没有,因此材料内部热应力可以减小到最低程度'即使在很高的升温速率( 500-600℃/min)情况下,一般也不会造成材料的开裂。

2、选择性加热

对于多相混合材料,由于不同材料的损耗不同,因此材料中不同成分与微波的吸取耦合程度不同,热效应不同,产生的耗散功率也不同,可以利用这点来实现微波能的聚焦或试样的局部加热从而实现对复合材料的选择性烧结'以获得微观结构新颖和性能优良的产品,并可以满足某些陶瓷特殊工艺的要求’如陶瓷密封和焊接等。

3、降低烧结温度

在微波电磁能的作用下,材料内部分子或离子动能增加,降低了烧结活化能,从而加速了陶瓷材料的致密化程度,缩短了烧结时间,同时由于扩散系数的提高,使得材料晶界扩散加强,提高了陶瓷材料的致密度,从而实现了材料快速烧结。因此,采用微波烧结,烧结温度可以低于常规烧结且材料性能更优并能实现一些常规烧结方法难以做到的新型陶瓷烧结工艺,为高技术新陶瓷的大规模工业化生产开辟新的途径。例如,在1100℃微波烧结AL203型陶瓷1h材料密度可达96%以上,而常规烧结仅为65%。

4、改善材料性能

由于材料的自身吸热,提高了加热效率,易获得2000qC以上的高温,仪缩短了烧结时间,而且可以改善烧结体的显微结构,提高材料性能。例如,陶瓷材料的韧性是一个重要指标,提高陶瓷材料韧性的有效途径之一无疑是降低晶粒尺寸,即形成细晶粒结构,由于微波烧结速度快、时间短、温度低,因而,这是形成细晶或超细晶陶瓷的有效手段之一。

5、易控制性和无污染

微波加热过程中热源可以很容易地被切断和接通。体现了节能和易于控制

的特点。同时,微波热源纯净,不会污染所烧结的材料,能够方便地实现在真空和各种气体氛围及压力下的烧结。除了电磁辐射污染外,基本不造成环境污染。

6、微波烧结的工艺特点

微波烧结设备的原理是利用微波炉电磁场与材料的相互作用,因此烧结工艺与具体的微波装置和每一种材料本身性能相关:对于介电损耗高又不随温度剧烈瓷材料,在室温时介电损耗较低,加热一旦超过临界温度,材料的介电损耗急剧增加,升温就毫不困难。增加输入功率来提高电场强度的办法会受到腔内出现电弧现象及空气击穿电离等因素的限制。因此除了使用高Q值、低损耗的谐振腔外,还必须借助于微波监控系统来精确地调节谐振腔,保持其最佳耦合效率和最低反射系数,使试样吸取尽可能多的能量。如果能把腔体做成105。106 Pa以上的真空或增加腔内气压,也可以增加输入功率而不产生电弧和电离,从而使材料达到高温。另一方面,在不影响材料使用性能的前提下,添加少量高介电损耗物质为添加剂,亦可以大大提高材料在室温的吸取微波能力。微波烧结工艺中另一个关键是如何保证烧结试样的温度均匀和防止局部地区热断裂现象。这方面可以从改进电场的均匀性,和改善材料的介电、导热性能等方面考虑,在试样超过临界温度To以后,用迅速变化功率强度的办法来防止陶瓷的局部过热。但是这种方法人工操作难度很大,需要借助于电子计算机技术来实现精确的瞬时温度控制。此外选择合适的透微波材料,也可以改善烧结时温度场的均匀性。美国橡树岭国家实验窒( Oak Ridge National Laboratory)的研究人员在对8mol% Y2O3-ZrO2(mol摩尔,克分子量)进行了微波烧结研究。他们发现在未放置保温材料烧结时,试样严重开裂。经过实验,他们将素坯放置于装有SiC棒的保温材料烧结时,开裂现象完企被抑制,最终获得了晶粒尺寸为2. 2m,相对密度为99. 47%的高级陶瓷材料。

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