氧化物的微波燒結

氧化物的微波燒結

　　微波燒結是利用陶瓷材料吸收微波能轉化為內部分子的動能和熱能，使得材料整體均勻加熱至一定溫度而實現致密化燒結。和常規燒結技術相比，微波燒結具有快速加熱、快速燒結、組化材料組織、改進材料性能以及高效節能等優點，因而被稱為９０年代新一代燒結方法.

     １９７６年，Ｂｅｒｔｅａｕｄ和Ｂａｄｏｔ曾用２．４５ＧＨｚ矩形單模腔體燒結了氧化鋁和氧化錯等，他們指出，微波燒結具有許多優越性，如高的熱效率、快速的燒結過程等，但也發現了許多問題，如溫度難于控制、容易形成熱失控現象等。１９７８年，Ｃｏｌｏｍｂａｎ等在單模腔中燒結了Ｒ一Ａ１２Ｏ３，他們觀察到了快速燒結現象，但沒有觀察到抑制顆粒長大的現象。

     １９８３年，Ｓｃｈｕｂｒｉｎｇ作了微波燒結氧化鋁火花塞絕緣體的研究，實驗表明，微波燒結減少了燒結時間，其設備也比傳統燒結爐小得多，燒結時間從２４ｈ減少到３ｈ－　６ｈ，能耗僅僅是以煤氣為燃料的傳統燒結爐的一半。盡管在１８６個燒結箱中有部分產品的燒結密度有所不同，但仍然得到了可以接受的產品。Ｋｒａｇｅ作了微波燒結鋇鐵氧體的工作。類似地，他認為微波燒結鋇鐵氧體能夠加快燒結速率，微波燒結后鋇鐵氧體顆粒的尺寸比傳統方法的小。

 　  １９８８年，Ｓｕｔｔｏｎ對燒結成形的氧化鋁進行了微波燒結,所用的微波設備為功率１３．５ｋＷ，頻率２．４５ＧＨｚ的多模腔，燒結樣品的重量為６２ｋｇ－－１３６０ｋｇ。試驗結果表明，燒注成形的氧化鋁脫模后可以馬上用微波進行處理，減少了傳統過程中空氣干燥所需的１６ｈ。與傳統方法相比較，微波處理方法在時間上節約５０％，能量消耗上降低了２０％一３０％。

　　 １９８８年到１９９１年，Ｙ．Ｌ．Ｔｉａｎ和Ｊｏｈｎｓｏｎ等在單模腔體中燒結直徑為４ｍｍ的氧化鋁圓條，為了避免熱失控效應，他們在燒結過程中通過調整微波功率來控制燒結溫度，成功地燒結得到致密的氧化鋁圓條，其相對密度為９９．８％，顆粒尺寸為２５ｍ。他們還進行了直徑為４ｍｍ的Ａl２０３一ＴｉＣ混合物組成的圓條的微波燒結，認為，如果ＴｉＣ的成分超過２０％時，可避免熱失控效應的發生。

     １９９０年，Ｍ．Ａ．Ｊａｎｎｅｙ和Ｈ．Ｄ．Ｋｉｍｒｅｙ用頻率２８ＧＨｚ和２．４５ＧＨｚ的微波燒結了氧化物。

     微波燒結加速了樣品的致密化速率，微波與傳統在燒結溫度上有３００＇Ｃ——４００℃的差距。微波和傳統方法燒結的兩條曲線顯著不一樣，隨著溫度的升高，微波燒結下樣品的致密化速率比傳統燒結方法下的快得多，從而導致了微波燒結下樣品的顆粒尺寸比傳統燒結方法下的小得多。

　　 在微波（頻率為２８ＧＨｚ）燒結溫度９５０度1000度，1100度；傳統燒結溫度１　250度，1300度，1350度；燒結時間５ｍｉｎ－１２０ｍｉｎ，燒結后樣品的相對密度達到８０％的條件下，計算了燒結過程的活化能，求得傳統燒結高純氧化鋁時的活化能為５７５ｋＪ／ｍｏｌ，該數值屬于擴散控制范圍；微波燒結時的活化能為１６０ｋＪ／ｍｏｌ，僅是傳統燒結法的１／３。

   　微波燒結加快致密化速率，降低活化能的機理尚未十分清楚，微波燒結過程中電場的存在必然是一個因素之一，頻率或許也是一個影響因素，如Ｙ．Ｖ．Ｂｙｋｏｖ等用８２ＧＨｚ的微波燒結高純氧化鋁時的活化能約為１００ＫＪ／ｍｏｌ，微波頻率從２８ＧＨｚ增至８２ＧＨｚ，活化能卻從１６０ｋＪ／ｍｏｌ降至１００ｋＪ／ｍｏｌ。