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1、微波烧结的的研究进进展摘 要：微波烧烧结是一一种新型型的利用用微波加加热来对对材料进进行烧结结的方法法，它是是一种快快速制备备高质量量新型材材料和使使传统材材料具有有新的性性能的技技术手段段。本文文重点介介绍了微微波烧结结的发展展史，在在陶瓷材材料方面面的研究究进展和和应用，并对微微波烧结结的发展趋趋势进行行了展望望。关键词：微微波烧结结；陶瓷瓷材料；研究进进展；应应用The RReseearcch DDeveeloppmennt oof MMicrrowaave SinnterringgAbstrractt: Thee miicroowavve ssintteriing is a nnew
2、metthodd byy ussingg miicroowavve hheattingg caarriies on thee siinteerinng tto tthe matteriialss, it iis aa teechnnoloogiccal meaans to preeparre thee hiigh quaalitty nnew matteriialss quuickkly andd ennablle tthe traadittionnal matteriialss too haave thee neew perrforrmannce. Thhis artticlle hhigh
3、hly inttrodduceed tthe hisstorry oof mmicrrowaave sinnterringg, thhe rreseearcch ddeveeloppmennt andd apppliicattionns of it iin cceraamicc maaterriall. Att laast, thee deevellopmmentt trrendd was preedicctedd.Keywoordss: micrrowaave sinnterringg; cceraamicc maaterriall; rreseearcch ddeveeloppmennt;
4、 apppliccatiions1 前言建立在现代代工业基基础上的的文明有有赖于特特殊材料料的应用用，传统统的粉末末冶金材材料和新新兴的各各种陶瓷瓷材料是是现代工工业生产产所不可可缺少的的基础，而而烧结技技术往往往是决定定粉末冶冶金制品品和陶瓷瓷制品性性能的重重要环节节1。微波烧结是是一种利利用微波波加热对对材料进进行烧结结的方法法，材料的的微波烧烧结开始始于200世纪600年代中中期。TTinggaWWR2首首先提出出了陶瓷瓷材料的的微波烧烧结；到20世纪纪70年代代中期，法国的的Baddot和和Berrteaand3开开始对微微波烧结结技术进进行系统统研究。20世纪纪80年代代以后，各种高
5、高性能的的陶瓷和和金属材材料得到到广泛应应用，相应的的制备技技术也成为为人们关关注的焦焦点。微微波烧结结以其特特有的节节能、省省时的优优点，得到了了美国、日日本、加加拿大、英英国、德德国等发发达国家家的政府府、工业业界、学学术界的的广泛重重视，我国也也于19988年年将其纳纳入“8633计划”。在此此期间，主要探探索和研研究了微微波理论论，微波烧烧结装置置系统优优化设计计和材料料烧结工工艺，材料介介电参数数测试，材料与与微波交交互作用用机制以以及电磁磁场和温温度场计计算机数数值模拟拟等，烧结了了许多不不同类型型的材料料。900年代后后期，微波烧烧结已进进入产业业化阶段段，美国、加加拿大、德德国
6、等发发达国家家开始小小批量生生产陶瓷瓷产品4-6。目前，在国外外微波烧烧结已进进入产业业化阶段段，我国在在微波烧烧结的应用用方面也也应加大大研究力力度。2 微波烧结研研究进展展随着科学技技术的发发展，材料需需要在比比较苛刻刻的环境境下使用用。工业业上的应应用对材材料的耐耐高温、耐耐腐蚀、耐耐磨损等等性能要要求也越越来越严严格。陶陶瓷材料料具有优优良的高高强度、高高硬度、高高耐磨性性和耐蚀蚀性以及及低膨胀胀系数和和质量轻轻等金属属材料难难以匹敌敌的特点点，广泛应应用于各各种材料料科学领领域。尤尤其是随随着各种种透明陶陶瓷、金金属陶瓷瓷、导电电陶瓷等等的开发发应用，使得陶陶瓷材料料发挥着着越来越越
7、重要的的作用。应应用微波波加热技技术进行行陶瓷材材料的烧烧结是一一种理想想的选择择，各先进进国家在在陶瓷的的微波烧烧结方面面均做了了大量研研究工作作，并取得了了不少有有益的进进展7,8。2.1 微波烧结氧氧化物陶陶瓷1）金属氧氧化物陶陶瓷国内外研究究者至今今几乎对对所有的的氧化物物陶瓷材材料进行行了微波波烧结研研究。较较为成功功的有AAl2O3、ZrrO2、ZnnO、MMgO、SSiO22及其复复合材料料等99。李磊10等采用用微波烧烧结制备备ZnOO陶瓷，结果表表明，微波烧烧结工艺艺不仅可可显著提提高ZnnO压敏敏电阻的的致密度度，而且能能够改善善材料的的微观结结构和电电性能。微微波工艺艺的
8、烧结结周期仅仅是传统统工艺的的1/11011/8。王晓平平111采用用微波烧烧结，在在常压、纯纯氧气氛氛条件下下制备了了ITOO陶瓷。通通过XRRD、SSEM和和金相分分析等方方法研究究了烧结结温度和和保温时时间对IITO陶陶瓷相对对密度的的影响。结结果表明明，微波波烧结具具有升温温速度快快、保温温时间短短的优点点，大幅幅缩短了了ITOO陶瓷的的烧结周周期。115500微波烧烧结并保保温200minn的ITTO陶瓷瓷相对密密度达到到了999.5%，晶粒粒大小均均匀，结结构紧密密，没有有单相析析出，晶晶粒尺寸寸为38mm。2）复合合氧化物物陶瓷l9世纪660年代代首先制制备出了了透明氧氧化铝陶陶
9、瓷。用用传统方方法烧结结出来的的多晶陶陶瓷由于于存在着着晶界、第第二相和和气孔等等结构而而极大地地影响了了其光学学性能。而而在微波波烧结中中，获得了了致密度度高、晶晶粒结构构均匀的的多晶材材料，使得由由于气孔孔和晶界界造成的的对光线线的散射射大幅度度降低，提高了了多晶陶陶瓷的透透光性，因此采采用微波波烧结的的方法比比常规烧烧结更容容易制备备出透明明陶瓷。微微波烧结结温度场场均匀、热热应力小小，适宜于于快速烧烧结，因而可可使陶瓷瓷材料晶晶粒细化化9（见表表1），提提高了材材料显微微结构的的均匀性性122,13。计玮等144采用用溶胶凝胶法法与微波波加热、微微波烧结结相结合合的方法法制备了了Al2
10、O3弥散强强化铜基基复合材材料，并对其性能能进行了了比较分分析，结结果表明明，微波波烧结既既可以缩缩短工艺艺时间、提提高生产产率、降降低成本本，又可以以提高产产品质量量。在铜铜基复合合材料中中，增强相相的颗粒粒细化、烧烧结后的的材料致致密，大大增增强了材材料的导导电性能能，达到了了一般电电子工业业高要求求的导电电材料导导电率大大于800%IAACS的的要求。表 1 传统烧结和微波烧结得到的不同的晶粒尺寸Table 1 The different gram sizes gained by TS and MS method材料微波烧结/m常规烧结/mAl2O332.622.93.544.0ZrO2
11、Al22O30.51.0Y2O3ZrOO22.33.5ZnO5610中北大学的的马清花花等115研研究了添添加吸波波材料SSiC对对纳米TTiO22晶型和和粒径的的影响，与传统统烧结相相比，微波烧烧结时间间短，效率提提高了22倍以上上；添加吸吸波材料料SiCC烧结纳纳米TiiO2成型的的时间要要短；SiCC的添加加方式不不同，导致烧烧结成型型的时间间也不相相同，制备复复合SiiC/TTiO22粉体的的烧结成成型时间间要比用SSiC铺铺床的方方法进行行烧结的的时间短短。二十十世纪以以来，微波烧烧结纳米米结构陶陶瓷材料料的研究究更趋于于成熟，美国宾宾州州立立大学的的研究者者们在这这方面的的研究工工
12、作尤为为突出。2.2 微波烧结非非氧化物物陶瓷的的研究B4C、SSiC、Si3N4、TiBB2和AlN等是用用微波成成功烧结结的非氧氧化物陶陶瓷材料料，在这当当中研究究比较多多的是微微波烧结结法制备备的氮化化物陶瓷瓷和碳化化物陶瓷瓷。1）氮化物物陶瓷氮化物陶瓷瓷的特点点是具有有相当高高的熔点点，具有很很好的抗抗腐蚀性性，有些氮氮化物陶陶瓷还具具有很高高的硬度度，因而得得到广泛泛应用。氮氮化物陶陶瓷的缺缺点是抗抗氧化能能力差。氮氮化物陶陶瓷主要要有Sii3N4、BNN、AlN、Tii和塞隆隆（Siaalonn）陶瓷等等。利用用微波烧烧结AllN陶瓷瓷，虽然在在节能省省时方面面效果显显著，但是微微
13、波烧成成环境对对AlNN烧成影影响比较较复杂16。曾小小峰等17在微波波烧成环环境对AAlN陶陶瓷的烧烧成影响响方面做做了研究究。研究究表明，烧成环环境中碳碳热还原原气氛能能极大地地加快AAlN陶陶瓷的致致密化速速率，但容易易在AllN陶瓷瓷晶界相相内部产产生气孔孔，使AlNN热导率率降低。李燕188等采用用纳米TTiN、亚亚微米TTiC和和Mo等原原材料，以金属属Co作为为粘结剂剂，利用真真空微波波烧结技技术制备备了细晶晶粒Tii(C,N)基金金属陶瓷瓷材料，研究了了所得金金属陶瓷瓷的显微微结构和和力学性能能。结果果显示：金属陶陶瓷的组组织中有有黑芯-灰壳结结构和白白芯-灰壳结结构；Mo的加
14、加入使金金属陶瓷瓷的显微微组织细细化，Mo的加加入量为为15%时，硬质相相颗粒粒粒径小于于1mm；15%的Mo加入入量所得得的细晶晶粒金属属陶瓷与与未加入入Mo的金金属陶瓷瓷比较，其抗弯弯强度增增加，硬度变变化不明明显，密度和和断裂韧韧性降低低。严迪迪科19等实验表明明：随着着烧结温温度的升升高，超超细TiiCN基基金属陶陶瓷的收收缩率、致致密度、横横向断裂裂强度和和硬度均均先增大大后减小小。该材材料经115000保温300minn，可获获得晶粒粒细小、组组织均匀匀、性能能优异的的超细TTiCNN基金属属陶瓷，此此时其横横向断裂裂强度和和硬度分分别为15477MPaa和90.6HRRA。2）碳
15、化物物陶瓷碳化物陶瓷瓷的突出出特点是是高熔点点、高硬硬度，并且具具有良好好的导电电和导热热性能，但高温温下易氧氧化，主要的的碳化物物陶瓷有有SiCC、B44C、TiiC、WWC、ZZrC、HHfC、TTaC等20。吴占占德等21研究了了空气中中B4C/SiiC/AAl混合合物在微微波加热热过程中中的反应应。确定定了B44C/SiiC/AAl混合合物能生生成良好好的致密密化样品品。烧成成的样品品由B44C基体制制成，气孔由由Al和和B4C反应生生成的产产物和空空气填充充。测出出的相包包括All2OC、AAl277O39N、Al100N8O3、All3B48C和AllN。长长宽比大的的SiCC晶粒，在在此环境境中能被被氧化，起到增增韧填料料的作用用。2.3 微波烧结其其他陶瓷瓷材料的的研究羟基磷灰石石是一种种应用较较广的医医用移植植材料，为了提提高羟基基磷灰石石的断裂裂韧性，张志成成22等进行行了纳米米羟基磷磷灰石微微波烧结结的研究究。烧结结后压片片试样的的XRDD表明，在这些些温度下下用微波波烧结，烧结速速度快，而且在在烧结过过程中试试样没有有分解，而采用用传统方方法利用用电炉烧烧结，在低至至11000下，羟基磷磷灰石就就会发生生分解。王王卓薇23等也对羟羟基磷灰灰石进行行了微波波烧结的的研究，结果表明明，微波烧烧结有利利于HAAP陶瓷瓷
