陶瓷材料微波处理的研究尽管还处于起步阶段，但已有的实验结果已经证明这是一种极有发展前途的处理方法。它的潜在应用价值包括：

（1）由于能耗的降低和处理时间的缩短，从而可以大大降低制造成本；

（2）可以提高产品的质量稳定性和产品的产量；

（3）提高材料的宏观性能和改善材料的微观结构；

（4）合成具有特殊结构的新材料。

微波加热与常规加热法在加热方式上有着本质的区别。在微波加热中，热量是通过材料与微波的相互作用产生的；而常规加热时则由外热源将热量传输到材料而使之加热的。正是由于微波加热的这一特点，造成材料中的温度梯度及热量传输方向与常规法相反，因此微波对大小样品都能快速而均匀地进行加热，有效地去除大体积样品中的挥发性杂质。同时由于微波加热能够有效地降低处理时的热应力，进而避免了裂纹的产生。

微波与材料间的相互作用

微波是频率处于300 MH₂到300 GH₂之间的电磁波，对应的波长范围为1 m到1 mm。与可见光（除激光外)不同的是，微波是能极化和具有相干性的电磁波。但是,微波传输也遵守基本的光学定理,能被吸收、透射及反射,这和与之相作用的材料特性有关。相当部分的陶瓷材料在室温下对微波是透明的，其中比较典型的如，Al₂O₃, MgO, SiO₂及多数玻璃。但当这些陶瓷被加热到某一临界温度以上时，它们开始有效地吸收和耦合微波辐射。而其他一些材料( 如Co₂O₃，MnO₂，NiO和CuO等）在室温下就能有效地吸收微波。在透微波陶瓷材料中加入一些细纤维状的导电相或电磁相也可以提高这些材料吸收微波的能力。在这些材料中，导电相或电磁相吸收微波的能力远大于其基体，因此可以进行快速和选择性加热。

描述材料介电特性的参量是复介电常数ε"，它由实部和虚部构成，即：

ε"=ε'-jε"=ε₀(εr'-jε"_eff)

式中：ε'是介电常数，ε"_eff是包括电导效应在内的有效损耗因子。

当微波通过介电材料时，内电场在材料内部使自由电荷和朿缚电荷产生位移，并且使复合电荷产生旋转。对这些粒子运动的阻力如惯性力、惯性力和摩擦力等（它们均与频率有关产生了能量损耗及电场的衰减，作为这种能量损耗的结果产生了材料的微波加热。

为了描述方便起见，损耗用有效损耗因子ε"_eff来表示，然而人们也常用损耗正切来描述这些损耗：

tgδ_eff=ε"_eff/ε_r'=σ/πfε₀ε_r'

式中：σ是由电导和位移电流产生的总有效电导，f是微波频率，E是材料内部的电场强度。

陶瓷微波烧结技术

微波烧结是利用在微波电磁场中材料的介质损耗使陶瓷及其复合材料整体加热至烧结温度而实现致密化的快速烧结的新技术。微波烧结技术是近年来迅速崛起的一种快速烧结陶瓷的新技术，它具有广泛的工业应用前景，尤其在高技术先进陶瓷的发展方面有极大的潜力，国外微波烧结的研究起步于70年代中期，1976年，伯蒂特（Berteaud）和巴多特（Badot）首先报道了在实验室中用微波烧结成功的实验，但在80年代中期以前，微波烧结陶瓷研究的成果主要还只局限于一些容易吸收微波而烧结温度又较低的陶瓷材料，如BaTiO₃，UO₂等。近几年来已经用微波烧结成功了许多不同的先进陶瓷材料如A1₂O₃，ZrO₂，B₄C，PZT，Al₂C₃-TiC复合材料和超导材料等。

各种不同类型的微波烧结装置也相继问世，功能和用途形式各有千秋。烧结温度一般已达1800℃，最高可达2300℃。在实验室用低功率微波烧结装置中，一般采用单模式，高Q值谐振腔，并配备一系列的新颖构造和测控技术，如可调耦合窗、探针、微处理器以至计算机监控，高功率多模烧结系统也有报道，并成功地进行了A1₂O₃，Si₃N₄的烧结。

这一领域的理论研究和工业应用实验也逐步深入。理论方面，如烧结装置的优化设计、烧结过程的电磁场、温度场的模拟计算。材料介电性能与烧结特性的关系等都已开始系统研究，尤其是TE₁₀₃矩形谐振腔的研究比较成熟，取得了理论分析、计算机模拟和实验相吻合的好结果。以工业生产为目的陶瓷中批量烧结实验和大型微波烧结装置的研制亦已开始。

陶瓷微波焊接技术

陶瓷材料具有很好的耐热性和抗腐蚀能力，在许多高技术领域（例如航天、汽车、化工和电子工业等）正起看越来越重要的作用，然而陶瓷材料的机械加工却极为困难，这就大大限制了陶瓷材料的进一步推广使用。解决方法除了目前正在研究的陶瓷尺塑性成型外，最有发展前途的技术是陶瓷焊接，即对形状简单的陶瓷零件进行焊接，以制成形状复杂或大尺寸的构件，正因如此，陶瓷焊接越来越受到人们的重视。

微波焊接是一门崭新的焊接技术，它利用微波在材料中介质损耗使陶瓷加热，在一定压力下完成连接，根据接头间是否加入中间介质，微波焊接可分为直接焊接和间接焊接两种，由于陶瓷的加热是通过微波与材料相互作用实现的，使接头能够均匀地连接，避免了开裂发生。同时微波加热的升温速度极快，陶瓷内部晶粒不会严重长大，晶界相元素分布比焊接前更均匀，从而使接头区域材料保持优良的性能。

微波焊接是一种极有实用价值和应用前景的焊接技术。研究结果充分体现了微波焊接的优越性，下一个重要步骤就是将这一技术从实验室推向工业应用，工业界由于微波焊接的下列优点而对这一技术日益重视：（1）较低的能耗；（2）焊接时间短|（3）接头非常致密；（4）有利于流水线操作。预计微波焊接可应用于下述领域：

（1）利用简单的陶瓷零件制造复杂构件；

（2）焊成现有设备无法制造的复杂构件；

（3）通过焊接制造出由不同材料组成的构件；

（4）陶瓷容器的密封；

（5）修补破损的陶瓷构件。

从微波烧结和焊接研究中不难发现，陶瓷微波处理是一门新工艺，和常规的陶瓷工业的加热方式有根本的不同。最主要的不同点是加热的瞬时性（或无惯性）和陶瓷材料的整体加热。

在微波处理陶瓷方面已经取得了很大的进展，同时也证明了微波处理的巨大潜力，如处理液态、气态和固态材料等。

陶瓷微波处理工艺是一门崭新的工艺，需要很长时间的发展，使之成为一门实用的新工艺。同时也需要材料科学家和微波界的共同努力，才能将研究及应用不断地推向深入。

［摘译自《Microwave Prcessing of Ceramle Materials》一书］