微波快速烧结制备单相多铁性BiFeo3陶瓷材料研究(2)
3.4.4阿基米德排水法测密度 21
4结论 23
致 谢 24
参考文献 25
1文献综述
11.3微波烧结工艺制备BiFe03陶瓷材料
1.3.1微波烧结技术概述
微波烧结技术是利用微波能加热实现烧结的一种方法。该技术是利用微波所具有的特殊波段与材料的基本微观结构相互耦合从而产生热量，则材料的介质损耗会使材料整体加热从而至烧结温度并且实现材料致密化的方法。随着微波烧结技术的发展，微波烧结技术已经成为快速制备高质量新材料以及制备具有特殊性能材料的一种重要的技术手段[6]。
1.3.2微波烧结的特点
微波加热是利用微波与物质的相互作用，从而将微波能转化为物质的热能达到整体加热的方式，微波烧结是一种新型的加热方式，其具有以下特点[7-9]：
（1） 加热速度快
由于电磁波是以光速传播的，则电磁波透入物质的速度与光速相接近，因此将电磁波的能量转化为物质的分子能量所需的时间近似于即时。微波加热方式是将微波能直接转化成物质的热能，并且采用了整体加热的方式，因此微波加热的速度非常快。对于某些物质来说，微波加热的速度可以达到100℃/s。
（2） 选择性烧结
由于不同的材料或不同的物相对于微波电场或磁场的耦合能力差异很大，则其产生的热效应也不同，我们就可以利用该特点在微波加热的过程中，对材料进行设计从而进行选择性烧结，即可以仅对需加热的物质加热，但是不加热其它处在微波场内的物质。
（3） 节能、烧结温度低、环境污染小
由于微波对物体可以形成即时加热，并且可以实现材料在较大体积区域中零梯度均匀加热，所以微波烧结可以在很大程度上降低烧结温度以及烧结时间，显著提高产品的生产效率，使生产周期缩短，而且在微波烧结过程中，微波能可被材料直接吸收。如果设计好微波炉的保温系统，在烧结过程中几乎不会有什么热量损失，提高了能量的利用率。对比传统烧结，微波烧结可节能80%左右，并且由于微波烧结的快速烧结的特点，使在烧结过程中可降低作为烧结气氛气体的使用量，这不仅可降低成本，也可降低烧结过程中废气、废热的排放量，对环境污染小。
（4） 整体加热
传统加热的方式是热源从外向内以热传导方式对物体加热，即只有试样的外部被加热后，试样内部才有可能被加热。但是微波加热的方式是利用物质与微波相互作用而产生的热能（见图1.4），为整体加热方式，因此由于外部散热的原因，被加热物体的最高温度一般会出现在试样的中心。
(a)传统烧结 (b)微波烧结
图1.4 传统加热方式和微波加热方式
（5） 具有可控性
微波加热方式可以通过控制调节微波的辐射时间以及调节微波频率来进行控制烧结过程，较容易实现控制操作。
1.3.3微波烧结的工作原理
微波是一种高频的电磁波，其频率范围为0.13～300GHz，在微波烧结技术中通常使用的频率为2.45GHz。微波遵循光的有关定律，其可以被物质吸收、传递或反射，并且还能透过各种气体，从而便于实现各种气氛保护下的微波加热以及含有气相参加的合成反应。通常，在微波场中的材料可大致分为三类：①微波透明型材料：主要为低损耗绝缘体材料（比如大多数高分子材料和部分非金属材料），其可以部分反射微波和部分穿透微波，但很少吸收微波。由于此类材料长期处于微波场中可以不发热，因此可以作为加热腔体内的透波材料。②全反射微波材料：该类材料主要为导电性能较好的金属材料。由于此类材料对微波的反射系数接近于1，因此常被用作微波加热设备中的微波腔体、波导或搅拌器等。③微波吸收型材料：此类材料主要为一些介于金属和绝缘体间的电介质材料，主要包括纸张、木材、纺织纤文材料、陶瓷、水、石蜡等[10-11]。