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微波烧结技术研究现状

时间:12-26 来源:mwrf 点击:

可以被有效地加热,其加热速率可以达到100℃。他们在研究中采用2.45GHz的微波场对铁、镍、钨、铝、铜、铝和锡等金属和金属合金的粉末进行了加热试验,并利用微波加热烧结法成功地用金属粉未制成了小型齿轮及其它环状、管状的机械零件。与利用普通高温加热烧结法制出的金属零件相比,这些烧结制品不仅牢固致密,而且具有更好的延展性和韧性。事实上,利用微波加热只需15min至30min即可将任何粉末金属构成的坯件烧结完毕[17]

Chemizzs等人用微波烧结技术对Al∕SiC复合材料进行了制备,得到了具有超细晶粒的复合材料块体。在压坯时,SiC能将Al颗粒表面的氧化膜压破,因而提高了Al的微波吸收能力。

有的研究者用加拿大Quebec金属公司生产的铁铜合金混合粉压制成31.85mm×12.80mm×6.95mm的坯料,然后升温至500℃脱粘结剂,再分别用普通烧结方法和微波烧结方法烧制成断裂试样。结果表明用微波炉烧结的试样的力学性能达到或优于普通粉末冶金烧结法制成的TC—0208钢,其强度达,1077Mpa,比用常规方法烧结的提高了30%密度也提高至7.45g∕cm3。通过检测发现微波烧结的样品中孔洞很小,呈球形且分布均匀,而普通方法烧结后材料中的孔洞较大,孔洞中有尖角,分布不均匀。从这项研究中得出结论是微波烧结后材料力学性能的提高是由于材料内部孔洞体积变小、形状发生变化、密度提高等原因造成的[18-21]

微波烧结现存问题

尽快深入研究材料的微波烧结机理是扩展烧结材料的种类、扩大微波烧结技术应用范围的基础。

每种材料的电滞损耗特性与微波频率、温度、材料自身的密度、杂质含量等因素有关,因此寻找特定材料与微波藕合较好的微波频段并摸索其随各种参数的变化规律是必须要尽快解决的问题。

微波设备一直是制约微波烧结技术工业化应用的主要问题。目前,微波烧结设备的最高烧结温度可以达到1700℃,工作频率分别为28GHz,60GHz,2.4GHz,915MHz等,由于频率为28GHz,60GHz的微波烧结设备造价太高,暂时还无法进行工业化应用。随着微波烧结技术的发展及烧结材料种类的不断扩大,微波设备的模块化设计应该引起广泛重视。

目前微波作为工业化应用还存在一些问题尚待解决,如更大的均匀微波场的获得,低介电损耗材料在室温至临界温度点之间的加热,微波在原料内部的穿透能力,原料加热深度等问题。微波管在不同炉内衬材质中的使用寿命,多组微波管在大规模生产中耦合等问题也值得我们作进一步研究。此外,阻碍该技术实用化的困难还有:烧结材料种类的局限性,加热过程热失控,温度难以准确测量和控制,烧结件开裂,烧结产量低等[22]

微波烧结设备的工业应用

微波烧结设备可用于烧结各种高品质陶瓷、钴酸锂、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆、氢氧化镁、铝、锌、高岭土、硫酸钴,草酸钴、五氧化二钒、磷石膏、石膏等;烧结电子陶瓷器件:PZT压电陶瓷、压敏电阻等。

同时实验还表明,当试件的压紧密度高时,传统加热方式引发的燃烧波的传播速率大大减小,甚至因"自熄"而不能自燃。但是,若采用微波辐照,由于温度的升高是反应物质本身吸收微波能量的结果,只要微波源不断地给予能量,样品温度将很快达到着火温度。反应一旦引发,放出的热量又促使样品温度进一步升高达到燃烧温度,样品吸收微波辐射的能力也同时增加,这就保证了反应能够保持在一个足够高的温度下进行.直到反应完全。微波燃烧合成或微波烧结是一个可以控制的过程。这就是说,我们可以根据对产品性质的要求,通过对一系列参数的调整,人为地控制燃烧波的传播。这是微波燃烧合成较之于传统技术的一个显著的优点。微波功率的调节,可以是直接采用可调功率的微波源来控制样品对微波能量的吸收(或耗散)。

结束语

微波烧结技术的研究与工业化应用尽管还处于发展早期,但它展现出了常规烧结技术无法比拟的优点,预示了它具有广泛的发展前景。作为一种省时、节能、节省劳动力、无污染的技术,微波烧结能满足当今节约能源,保护环境的要求,它所具有的活化烧结的特点有利于获得优良的显微组织,从而提高材料性能,微波与材料耦合的特点,决定了用微波可进行原则性加热,从而能制得具有特殊组织结构的材料,如梯度功能材料。随着微波烧结设备朝着更高功率密度、自动化、智能化方向的发展,微波烧结技术必将成为最具应用前景的新一代烧结技术。

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