中國粉體網(wǎng)訊 眾所周知，陶瓷行業(yè)留給外界的印象就是一個(gè)高污染的行業(yè)，這是因?yàn)樘沾筛邷刂苽溥^程中,，通常使用傳統(tǒng)燃?xì)飧G爐和電加熱爐為主，這個(gè)過程中碳排放量、能耗高等問題不容小覷,，早在2017年,，環(huán)保更是成了陶瓷行業(yè)的主旋律,。目前,，我國面臨實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的巨大壓力,，研究推廣清潔高效的加熱技術(shù)迫在眉睫,。
一般采用微波燒結(jié)陶瓷材料，燒成的時(shí)間只用幾分鐘到幾十分鐘,，與傳統(tǒng)燒結(jié)時(shí)間幾十小時(shí)相比,，效率明顯提高,；同時(shí),，由于通過電磁場(chǎng)直接對(duì)物體內(nèi)部加熱,，熱效率很高,，可以大幅度地節(jié)能,。因此，微波燒結(jié)技術(shù)應(yīng)用于陶瓷材料的燒結(jié)是一種理想的選擇,，得到了各國的廣泛重視,，并取得了較多研究結(jié)果。
微波燒結(jié)在陶瓷材料中的應(yīng)用
1,、微波燒結(jié)陶瓷粉體
陶瓷粉體的合成一直是微波制備高性能陶瓷的主要領(lǐng)域,，有關(guān)的文獻(xiàn)研究也有很多。與傳統(tǒng)的燒結(jié)方式相比,，微波熱解乳化的化合物,，更易獲得大量的納米級(jí)氧化物陶瓷粉體。通過微波熱解所制備的納米ZrO2粉體平均粒徑可達(dá)33nm,，比表面積達(dá)42m2/g,，相比同級(jí)別進(jìn)口產(chǎn)品，其比表面積提高260%，分散性大幅提升,；通過微波熱解所制備的 0.2 μm Al2O3粉體的比表面積為38.3 m2/g, 相比同級(jí)別進(jìn)口產(chǎn)品, 其比表面積提高 570%, 分散性大幅提升,。
陳浩等利用微波熱解氫氧化鋯粉體，不同溫度熱解后獲得的氧化鋯粉體SEM照片如圖1所示,，由圖1(a)可見氧化鋯粉體已部分結(jié)晶,，但仍有前驅(qū)體殘留,。經(jīng)微波750℃熱解后，獲得分散性好,、晶粒尺寸均勻的納米氧化鋯粉體,。
圖1 不同微波熱解溫度和750℃常規(guī)熱解獲得氧化鋯粉體的SEM照片
微波熱解可以獲得分散性較好的氧化鋯或氧化鋁粉體，原因在于前驅(qū)體吸收微波整體加熱,，熱量由內(nèi)部向外擴(kuò)散，顆粒之間形成熱量擴(kuò)散通道,，擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力使顆粒向四周分散,，一定程度上阻礙晶粒的團(tuán)聚。
2,、微波燒結(jié)制備陶瓷制品
大型和異型陶瓷構(gòu)件由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜所帶來的局部蓄熱差異而難以燒結(jié)制備。采用無壓燒結(jié)可以制備復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但為了減少局部熱差異導(dǎo)致的開裂,，往往需要緩慢加熱,、保溫和降溫，從而導(dǎo)致燒結(jié)時(shí)間長,，晶粒粗化,，以及性能急劇下降。因此,，燒結(jié)大型和異型陶瓷構(gòu)件是傳統(tǒng)燒結(jié)方法難以解決的問題,。
氧化鋯和氧化鋁陶瓷作為重要的陶瓷工程結(jié)構(gòu)件的組成部分，具有高強(qiáng)度,、高硬度,、耐磨、耐腐蝕,、抗氧化,、耐高溫、高絕緣等特性,，其工程制品的生產(chǎn)企業(yè)還普遍采用傳統(tǒng)燒結(jié)方式,。與微波燒結(jié)相比，傳統(tǒng)燒結(jié)不但生產(chǎn)效率低,，而且能耗高,。因此，微波燒結(jié)氧化鋁和氧化鋯陶瓷工程制品的研究勢(shì)在必行,，張銳等提出局部熱量補(bǔ)償原理,，設(shè)計(jì)輔助加熱保溫裝置，優(yōu)化微波燒結(jié)工藝,，成功利用微波快速燒成直徑達(dá)160mm的異形ZTA陶瓷密閉閥門,。
圖2 微波燒結(jié)結(jié)ZTA陶瓷制品的實(shí)物照片
3、微波燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷
在制備微波介質(zhì)陶瓷的過程中,，燒結(jié)方式對(duì)其微波介電性能有著顯著的影響,，微波燒結(jié)具有加熱均勻、燒結(jié)快速高效、節(jié)能環(huán)保,、改善微觀組織,、提高綜合性能的優(yōu)點(diǎn)，在制備陶瓷材料中有著廣泛的應(yīng)用,。
采用微波燒結(jié)制備LiAlSiO4/Al2O3復(fù)合陶瓷,，在較低的燒結(jié)溫度下具有低介電常數(shù)、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和良好的力學(xué)性能,；以較低的溫度燒結(jié)制備MgSiO4/MBS微晶玻璃材料,，以滿足LTCC模塊的溫度要求（小于950℃），微波快速燒結(jié)的特點(diǎn)降低了該材料的結(jié)晶度,、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及粘度,，并促進(jìn)其致密化過程。
采用微波燒結(jié)技術(shù)制備微波介質(zhì)陶瓷,，不僅能高效加熱,、節(jié)省能耗，還能夠降低燒結(jié)溫度,、改善陶瓷的顯微組織,、促進(jìn)晶粒的致密化，對(duì)于部分材料還能改善其微波介電性能,。
微波燒結(jié)技術(shù)發(fā)展受阻原因
微波燒結(jié)設(shè)備是影響微波燒結(jié)工藝產(chǎn)業(yè)化的重要因素,。由于微波本身的特性，在微波爐腔體中的場(chǎng)強(qiáng)往往不均勻,，會(huì)出現(xiàn)過熱點(diǎn),，需通過有效設(shè)計(jì)獲得較大范圍的均勻微波場(chǎng)。另外高額的設(shè)備價(jià)格及維護(hù)費(fèi)用,，在成本上顯示不出其顯著的優(yōu)越性,，最大問題在于功率磁控管的價(jià)格及維護(hù)。
微波燒結(jié)參數(shù)的差異是影響微波燒結(jié)工藝產(chǎn)業(yè)化的主要原因,。不同材料的介質(zhì)損耗系數(shù)有很大差異,，同一材料在不同燒結(jié)工藝下，介質(zhì)損耗系數(shù)也不同,；會(huì)造成熱失控,。一些熱膨脹系數(shù)大而熱導(dǎo)率又較小的陶瓷材料在微波降溫段，由于試樣中存在的溫度梯度而引起的熱應(yīng)力開裂和變形,。同時(shí)不同類型的微波燒結(jié)爐功率參數(shù),、磁場(chǎng)設(shè)計(jì)方式,、燒結(jié)腔體保溫性能,、燒結(jié)材質(zhì)的差異等都會(huì)導(dǎo)致微波燒結(jié)參數(shù)的多變。
小結(jié)
微波燒結(jié)工藝所展現(xiàn)的是傳統(tǒng)燒結(jié)工藝無法比的優(yōu)勢(shì)，勢(shì)必成為推動(dòng)微波燒結(jié)技術(shù)工業(yè)化發(fā)展的動(dòng)力,。但是,，材料介質(zhì)特性數(shù)據(jù)缺乏和設(shè)備的缺乏、昂貴,，是阻礙微波燒結(jié)技術(shù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)化最主要的兩大障礙,。
微波燒結(jié)是綠色低碳燒結(jié)的發(fā)展方向之一，盡管在在實(shí)驗(yàn)室研究已取得一定成果,，但要大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),，還有很長的路要走。
參考資料：
陳勇強(qiáng)等：微波加熱制備特種陶瓷材料研究進(jìn)展.2022年
臧疆文：“雙碳”背景下燒結(jié)工序溫室氣體減排研
郝斌等：微波燒結(jié)的研究進(jìn)展及其在陶瓷材料中的應(yīng)用.2010
劉錦等：微波燒結(jié)微波介質(zhì)陶瓷的研究進(jìn)展
李遠(yuǎn)等：微波燒結(jié)陶瓷的研究進(jìn)展.2011
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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