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4.1 晶粒生长指数的判断 17

4.2 两步烧结工艺确定 20

4.3 本章小结 20

结  论 21

致谢 22

参考文献 23

1 绪论

1.1 微波烧结的原理及特点

微波烧结（Microwave sintering）是根据陶瓷刀具在微波电磁场中会发生介电损耗这一特性而工作的。众所周知，微波是频率比较高的电磁波，其频率最低为300MHz，最高为300GHz。在微波烧结运用中，微波工作频率主要为2.45GHz。所谓微波烧结是指：把被烧结材料放入微波场后，微波透过材料并被材料吸收、材料分子获得电磁波的能量，同时就会发生分子能级跃迁和偶极子转向极化，高速运动的动能变化成材料的内能从而实现加热。由于材料吸收了这些能量，这些能量除了转化为材料的内能外，几乎没有其他的转化形式，于是，材料的温度便上去了，这就是微波加热技术。从原理上来说，就是把电磁能变化成材料内能，借助于一定介质或空间传递能量，这样与分子的极化有不一般的联系。在外界因素的影响下，极性分子不再保持原来的随机分布，而是按照与外界场有关的一定方向排列取向，由于不断变化的交变电磁频率和变化的分子取向，使得电场强度超前极化强度矢量一个角度，这样一来，便出现了与电场相同方向的电流，带电粒子也就随之开始定向移动，而这些动作必然会受到诸多阻力，如弹性惯性和摩擦阻力，从而引起能量耗损，于是使得动能转化为内能，温度升高。综上，简单来说，微波烧结技术是利用微波电磁场与材料的细微结构耦合而产生的热量使材料快速均匀的无梯度整体加热到烧结温度实现致密化，减少气孔、孔洞、微裂纹等缺陷。通过微波烧结，烧结活化能下降了许多、扩散动力得到了加强和扩散速率也随之提高，便于实现大大减少加热时间。这样可以使得材料加热均匀化、整体化，以便加热到烧结温度，并且可以完成烧结和致密化。通过微波烧结制备的亚微米级陶瓷刀具，本身较大的弹性模量，变形十分困难，在高温条件下有较强的化学稳定性，并在一定程度上改善了脆性大、易断裂的缺陷[1, 2, 3]。

跟常规烧结作比较，微波烧结的特色主要集中于整体加热，温度均匀，提高材料性能；传统传热是基于热传导的，热量透过物体表面抵达材料内部实现内部加热，样品在这种烧结过程常常伴随着温度梯度，这样容易使得材料性能不佳、不均匀受热；快速烧结，最大加热速度达到50～100℃／min，可大幅度缩短加热时间；能源使用效率和加热有效率高、属于环境友好型、节约能源的烧结方法；对材料的选择性加热；活化烧结，不光烧结温度低于常规烧结，而且烧结时间也比其缩短了许多，能更有效得避免了晶体过分长大，减小材料内部热应力，提高材料相对密度。从物料内部的热梯度和热流方向来看，微波烧结与传统烧结大为不同，因此可实现烧结具有选择性，从而制备出具有精密微观结构和更佳性能的材料。然而微波烧结也确实有着缺点：加热仪器结构复杂、必须专门设计、价格昂贵；而且，因为物质吸波的能力及微波耦合并不一致，出现了微波可吸收材料，半吸收材料，不吸收材料等，若选择微波不吸收材料则不能用此法烧结[4,5,6]。

1.2 陶瓷材料微波烧结的研究现状