微波烧结技术的工作原理和优点与研究发展状况说明

　　微波与无线电、红外线、可见光一样都是电磁波，只不过微波是一种高频电磁波，其频率范围为0.3～300GHz，波长为1mm ～1m。微波加热技术源于第二次世界大战，当时美国负责维修雷达的工程师经常发现口袋里的巧克力会熔化掉，这才意识到电磁波对物质有加热、干燥的作用，因而引发了人们对这项技术的研究。微波烧结是一种材料烧结工艺的新方法，与常规烧结相比，它具有升温速度快、能源利用率高、加热效率高和安全卫生无污染等特点，并能提高产品的均匀性和成品率，改善被烧结材料的微观结构和性能。21 世纪随着人们对纳米材料研究的重视，该技术在制备纳米块体金属材料和纳米陶瓷方面具有很大的潜力，该技术被誉为“21 世纪新一代烧结技术”。

　　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。

　　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，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。即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。