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微波陶瓷燒結(jié)設(shè)備
微波陶瓷燒結(jié)設(shè)備主要用于燒結(jié)各種高品質(zhì)陶瓷、工業(yè)陶瓷、工藝陶瓷、75瓷95瓷、特種陶瓷、精細陶瓷；燒結(jié)電子陶瓷器件：PZT壓電陶瓷、壓敏電阻等。
所謂微波燒結(jié)或微波燃燒合成是指用微波輻照來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱源。均勻混合的物料或預(yù)先壓制成型的料坯通過自身對微波能量的吸收（或耗散）達到一定的高溫，從而引發(fā)燃燒合成反應(yīng)或完成燒結(jié)過程。由于它與傳統(tǒng)技術(shù)相比較，屬于兩種截然不同的加熱方式。因此，微波燒結(jié)有著自身的特點。微波介質(zhì)加熱原理，化學(xué)原料一旦放入微波電場中，其中的極性分子和非極性分子就引起極化，變成偶分子。按照電場方向定向，由于該電場屬于交變電場，所以偶極子便隨著電場變化而引起旋轉(zhuǎn)和震動，例如頻率為2450MHZ，以每秒24億5千萬次的旋轉(zhuǎn)和震動，產(chǎn)生了類似于分子之間相互摩擦的效應(yīng)，從而吸收電場的能量而發(fā)熱，物體本身成為發(fā)熱體。當(dāng)用傳統(tǒng)方式加熱時，點火引燃總是從樣品表面開始，燃燒從表面向樣品內(nèi)部傳播最終完成燒結(jié)反應(yīng)。而采用微波輻射時，情況就不同了。由于微波有較強的穿透能力，它能深入到樣品內(nèi)部，首先使樣品中心溫度迅速升高達到著火點并引發(fā)燃燒合成。燒結(jié)波沿徑向從里向外傳播，這就能使整個樣品幾乎是均勻地被加熱，最終完成燒結(jié)反應(yīng)。微波點火引燃在樣品中產(chǎn)生的溫度梯度（dT/dt）傳統(tǒng)點火方式小得多。換句話說，微波燒結(jié)過程中燒結(jié)波的傳播要比傳統(tǒng)加熱方式均勻得多。將金屬利用微波輻射加熱到1300-2000℃高溫?zé)Y(jié)成陶瓷�！�
實驗表明，當(dāng)樣品的壓緊密度高時，傳統(tǒng)加熱方式引發(fā)的燃燒波的傳播速率大大減小，甚至因“自熄”而不能自然。但是，若采用微波輻照，由于溫度的升高是反應(yīng)物質(zhì)本身吸收（或擴散）微波能量的結(jié)果，只要微波源不斷地給予能量，樣品溫度將很快達到著火溫度（T1）。反應(yīng)一旦引發(fā)，放出的熱量又促使樣品溫度進一步升高達到燃燒溫度（T2），樣品吸收微波輻射的能力也同時增加，這就保證了反應(yīng)能夠保持在一個足夠高的溫度（T3＞T1）下進行，直到反應(yīng)完全。微波燃燒合成或微波燒結(jié)是一個可以控制的過程。這就是說，我們可以根據(jù)對產(chǎn)品性質(zhì)的要求，通過對一系列參數(shù)的調(diào)整，人為地控制燃燒波的傳播。這是微波燃燒合成較之于傳統(tǒng)技術(shù)的一個顯著的優(yōu)點。微波功率的調(diào)節(jié)，可以是直接采用可調(diào)功率的微波源來控制樣品對微波能量的吸收（或耗散）。使產(chǎn)品性能更加符合我們的要求。 （一）燒結(jié)機理
將顆粒狀陶瓷坯體置于高溫爐中，使其致密化形成強固體材料的過程，即為燒結(jié)。燒結(jié)開始于坯料顆粒間空隙排除，使相應(yīng)的相鄰的粒子結(jié)合成緊密體。但燒結(jié)過程必須具備兩個基本條件：
（1）應(yīng)該存在物質(zhì)遷移的機理；
�。�2）必須有一種能量（熱能）促進和維持物質(zhì)遷移。
現(xiàn)在精細陶瓷燒結(jié)的機理已出現(xiàn)了氣相燒結(jié)、固相燒結(jié)、液相燒結(jié)及反應(yīng)液體燒結(jié)等四種燒結(jié)模式。它們的材料結(jié)構(gòu)機理與燒結(jié)驅(qū)動力方式各不相同。最主要的燒結(jié)機理是液相和固相燒結(jié)，尤其是傳統(tǒng)陶瓷和大部分電子陶瓷的燒結(jié)依賴于液相形成、粘滯流動和溶解再沉淀過程，而對于高純、高強結(jié)構(gòu)陶瓷的燒結(jié)，則以固相燒結(jié)為主，它們是通過晶界擴散或點陣擴散來達到物質(zhì)遷移的。
（二）精細陶瓷燒結(jié)使用的微波窯爐
陶瓷材料與制品最終燒制成功，可以在各種窯爐中燒成。可以是間歇式微波窯爐，也可以采用連續(xù)式微波窯爐。前者燒成為周期性，適合小批量或特殊燒成方法。后者用于大規(guī)模生產(chǎn)與相對低的燒成條件。精細陶瓷使用最廣泛的是電加熱爐。燒成溫度與所需氣氛確定窯爐方式的選擇。許多高精尖的精細陶瓷制品需要采用超高溫窯爐進行燒制。按照傳統(tǒng)陶瓷燒成溫度高低的劃分。燒成溫度在１１００ºC以下為低溫、１１００ºC～１２５０ºC為中溫，１２５０ºC～１４５０ºC為高溫?zé)�，１４５�?ordm;C以上為超高溫?zé)�。如高純氧化鋁陶瓷、碳化硅及氮化硅陶瓷都需超高溫?zé)Y(jié)。目前國內(nèi)精細陶瓷制品燒成使用的超高溫窯爐，主要從日、美等國進口，目前日本某窯爐公司已能制造燒成溫度達１８００ºC、溫差為０ºC的超高溫窯爐。發(fā)展精細陶瓷產(chǎn)品，必須首先將超高溫窯爐國產(chǎn)化，藉以降低設(shè)備投資，使產(chǎn)品盡快投產(chǎn)，意義很大。
（三）精細陶瓷主要燒結(jié)技術(shù)
精細陶瓷燒結(jié)主要有以下幾種技術(shù)方法：
（１）常壓燒結(jié)：又稱無壓燒結(jié)。屬于在大氣壓條件下坯體自由燒結(jié)的過程。在無外加動力下材料開始燒結(jié)，溫度一般達到材料的熔點０．５－０．８即可。在此溫度下固相燒結(jié)能引起足夠原子擴散，液相燒結(jié)可促使液相形成或由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生液相促進擴散和粘滯流動的發(fā)生。常壓燒結(jié)中準確制定燒成曲線至關(guān)重要。合適的升溫制度方能保證制品減少開裂與結(jié)構(gòu)缺陷現(xiàn)象，提高成品率。
（２）熱壓燒結(jié)與熱等靜壓燒結(jié)：熱壓燒結(jié)指在燒成過程中施加一定的壓力（在１０～４０ＭＰａ），促使材料加速流動、重排與致密化。采用熱壓燒結(jié)方法一般比常壓燒結(jié)溫度低１００ºC左右，主要根據(jù)不同制品及有無液相生成而異。熱壓燒結(jié)采用預(yù)成型或?qū)⒎哿现苯友b在模內(nèi)，工藝方法較簡單。該燒結(jié)法制品密度高，理論密度可達９９％，制品性能優(yōu)良。不過此燒結(jié)法不易生產(chǎn)形狀復(fù)雜制品，燒結(jié)生產(chǎn)規(guī)模較小，成本高。
連續(xù)熱壓燒結(jié)生產(chǎn)效率高，但設(shè)備與模具費用較高，又不利于過高過厚制品的燒制。熱等靜壓燒結(jié)可克服上述弊缺，適合形狀復(fù)雜制品生產(chǎn)。目前一些高科技制品，如陶瓷軸承、反射鏡及軍工需用的核燃料、槍管等、亦可采用此種燒結(jié)工藝。
�。ǎ常┓磻�(yīng)燒結(jié)：這是通過氣相或液相與基體材料相互反應(yīng)而導(dǎo)致材料燒結(jié)的方法。最典型的代表性產(chǎn)品是反應(yīng)燒結(jié)碳化硅和反應(yīng)燒結(jié)氮化硅制品。此種燒結(jié)優(yōu)點是工藝簡單，制品可稍微加工或不加工，也可制備形狀復(fù)雜制品。缺點是制品中最終有殘余未反應(yīng)產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)不易控制，太厚制品不易完全反應(yīng)燒結(jié)。
除碳化硅、氮化硅反應(yīng)燒結(jié)外，最近又出現(xiàn)反應(yīng)燒結(jié)三氧化二鋁方法，可以利用Ａｌ粉氧化反應(yīng)制備Ａｌ２Ｏ３和Ａｌ２Ｏ３－Ａｌ復(fù)合材料，材料性能好。
（４）液相燒結(jié)：許多氧化物陶瓷采用低熔點助劑促進材料燒結(jié)。助劑的加入一般不會影響材料的性能或反而為某種功能產(chǎn)生良好影響。作為高溫結(jié)構(gòu)使用的添加劑，要注意到晶界玻璃是造成高溫力學(xué)性能下降的主要因素。如果通過選擇使液相有很高的熔點或高粘度�；蛘哌x擇合適的液相組成，然后作高溫?zé)崽幚�，使某些晶相在晶界上析出，以提高材料的抗蠕變能力�?br /> �。ǎ担┪⒉Y(jié)法：系采用微波能進行直接加熱進行燒結(jié)的方法。目前已有內(nèi)容積１立方米，燒成溫度可達１６５０ºC的微波燒結(jié)爐。如果使用控制氣氛石墨輔助加熱爐，溫度可高達２０００ºC以上。并出現(xiàn)微波連續(xù)加熱１５米長的隧道爐裝置。使用微波爐燒結(jié)精細陶瓷，在產(chǎn)品質(zhì)量與降低能耗方面，均比其它窯爐優(yōu)越。
�。ǎ叮╇娀〉入x子燒結(jié)法：其加熱方法與熱壓不同，它在施加應(yīng)力同時，還施加一脈沖電源在制品上，材料被韌化同時也致密化。實驗已證明此種方法燒結(jié)快速，能使材料形成細晶高致密結(jié)構(gòu)，預(yù)計對納米級材料燒結(jié)更適合。但迄今為止仍處于研究開發(fā)階段，許多問題仍需深入探討。
�。ǎ罚┳月訜Y(jié)法：是通過材料自身快速化學(xué)放熱反應(yīng)而制成精密陶瓷材料制品。此方法節(jié)能并可減少費用。國外有報道說可用此法合成２００多種化合物，如碳化物、氮化物、氧化物、金屬間化合物與復(fù)合材料等。
�。ǎ福庀喑练e法：分物理氣相法與化學(xué)氣相法兩類。物理法中最主要有濺射和蒸發(fā)沉積法兩種。濺射法是在真空中將電子轟擊一平整靶材上，將靶材原子激發(fā)后涂覆在樣品基板上。雖然涂覆速度慢且僅用于薄涂層，但能夠控制純度且底材不需要加熱。
化學(xué)氣相沉積法是在底材加熱同時，引入反應(yīng)氣體或氣體混合物，在高溫下分解或發(fā)生反應(yīng)生成的產(chǎn)物沉積在底材上，形成致密材料。此法的優(yōu)點是能夠生產(chǎn)出高致密細晶結(jié)構(gòu)，材料的透光性及力學(xué)性能比其它燒結(jié)工藝獲得的制品更佳。
隨著微電子、數(shù)據(jù)存儲、先進顯示與光學(xué)涂層越來越多的需求，對精密陶瓷薄膜的需求大幅增長。
社會需求與高科技發(fā)展是精密陶瓷燒結(jié)水平不斷提高與優(yōu)化的原動力，精密陶瓷燒結(jié)技術(shù)將不斷取得新進步 |
