微波是頻率在300MHz-300GHz(對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)在1000-1mm)范圍的電磁波。微波燒結(jié)是利用微波輻射來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的外加熱源,材料通過(guò)自身對(duì)電磁場(chǎng)能量的吸收達(dá)到燒結(jié)溫度而實(shí)現(xiàn)致密化。相對(duì)于傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)-塊體金屬會(huì)將微波輻射反射掉,處于粉末狀態(tài)的金屬卻能有效吸收微波而實(shí)現(xiàn)加熱,進(jìn)而能夠利用微波燒結(jié)制備金屬器件。
微波燒結(jié)金屬粉末的原理是:
1、微波熱效應(yīng)
在微波電磁場(chǎng)中,其內(nèi)部自由電荷在電磁場(chǎng)作用下,會(huì)迅速向?qū)w表面聚集,自由電荷聚集在導(dǎo)體表面,內(nèi)部自由電荷密度為零。在電磁場(chǎng)作用下,金屬導(dǎo)體表面會(huì)產(chǎn)生電流,存在歐姆損耗,當(dāng)減小金屬導(dǎo)體的宏觀尺寸,使之與微波電磁場(chǎng)完全耦合,就能有效實(shí)現(xiàn)加熱和燒結(jié)。
2、微波非熱效應(yīng)
微波燒結(jié)中,除微波熱效應(yīng)外,還存在一定的微波非熱效應(yīng),包括活化過(guò)程速率增強(qiáng)、燒結(jié)體性能改變等。其機(jī)理可能是在電磁場(chǎng)存在條件下,引起沿電場(chǎng)方向的電勢(shì)梯度,導(dǎo)致空間電荷產(chǎn)生附加驅(qū)動(dòng)力,增強(qiáng)帶電微粒的擴(kuò)散作用,降低了粉末的燒結(jié)活化能,使得各種微粒的遷移變得更加容易發(fā)生,且遷移速度提高很多,故能明顯促進(jìn)致密化過(guò)程。
傳統(tǒng)燒結(jié)過(guò)程中,材料表面、內(nèi)部和中心區(qū)域溫度存在較大梯度,容易導(dǎo)致晶粒不均勻,內(nèi)部存在較多缺陷。而微波燒結(jié)依靠電磁場(chǎng)輻射透入材料內(nèi)部,材料整體發(fā)生介質(zhì)損耗而升溫,各部分溫差小,材料顯微結(jié)構(gòu)得到改善,性能更加優(yōu)異。
燒結(jié)周期-任何金屬粉末生坯都能在10-30min內(nèi)燒結(jié)完成,同時(shí)微波燒結(jié)能得到均勻細(xì)晶顯微結(jié)構(gòu),孔隙少且規(guī)則,材料具有更好的延展性和韌性,宏觀性能優(yōu)異,同時(shí)微波燒結(jié)能耗低,效率高,比傳統(tǒng)燒結(jié)節(jié)能80%作用,而且清潔、安全、無(wú)污染。微波燒結(jié)具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)預(yù)示其在現(xiàn)代材料制備行業(yè)中擁有廣闊的發(fā)展空間,被廣泛成為“燒結(jié)技術(shù)的一場(chǎng)革命”。(紫焰)