微波烧结
微波从内部加热零件
微波烧结用微波而不是热的炉壁来加热压制好的粉末零件。能量被材料内部吸收，整个零件同时升温，就像厨房微波炉从内部加热汤一样。这可以把烧结周期从许多小时缩短很多，并使材料结构更细。
工作原理
装入零件。 压制好的粉末零件（常为陶瓷）放入一个保温箱，箱体让微波穿过，却把热量留住。碳化硅棒，称为感受体（能很好吸收微波的材料），常立在它旁边。
产生微波。 磁控管（也是厨房烤箱的核心部件）产生微波，通常为 2.45 GHz，功率几千瓦。一个叫波导的金属通道把它们送入封闭的金属腔，微波在其中来回反射。
从内部加热。 零件的分子和电荷吸收电波并把它转化为热，遍及整个体积。许多陶瓷在冷态下几乎不吸收微波，所以感受体先加热它们，直到它们自己开始吸收（“混合”加热）。
烧结并冷却。 到达温度（例如许多陶瓷约 1,200–1,500 °C）时，颗粒结合，零件像任何烧结一样收缩并致密化。高温计（非接触式温度计）监视温度，并调节功率，然后零件在箱内冷却。
关键数据
- 材料
- 主要是陶瓷（氧化铝、氧化锆、铁氧体、氮化硅）；也有粉末金属零件和一些复合材料
- 典型零件
- 牙科氧化锆牙冠、陶瓷部件、硬质合金刀头、研究样品
- 零件尺寸
- 多为中小尺寸：从几克到几十厘米长的零件
- 精度
- 与其他烧结相同：必须预测收缩；烧结态通常约为尺寸的 ±0.5–1%
- 表面质量
- 烧结态与压制件相同；需要时再磨削或抛光
- 适合的批量
- 实验室工作、小批量，以及少数连续式工业生产线
- 模具与设备成本
- 无需成形工装（零件事先已成形）；炉子从小型实验室设备到几十万美元的工业系统
- 速度
- 每个周期通常几分钟到几小时，同样零件通常比传统炉短得多
优点与局限
优点
- 从内部快速加热，所以周期更短
- 加热炉壁浪费的能量更少
- 晶粒更细，往往使零件更强
- 设备紧凑，适合小型实验室和诊所
局限
- 许多材料冷态下吸收差，需要感受体
- 热点和“热失控”（一处越来越快地过热）可能使零件开裂
- 温度难以均匀地测量和控制
- 金属会反射微波，所以块状金属零件更难处理
应用领域
- 牙科在诊所级的炉子里快速烧结氧化锆牙冠和牙桥
- 先进陶瓷用于极端高温的氧化铝、氮化硅和超高温陶瓷
- 电子铁氧体和其他电子陶瓷
- 增材制造在微波窑中烧结打印的金属和陶瓷零件
- 研究快速试验新的陶瓷和复合材料配方
如何识别
- 通常从零件本身看不出来：它看上去和任何烧结的陶瓷或金属件一样。
- 炉子会暴露它：一个由波导供能的金属箱，里面没有发红的加热元件。
- 实验室和创客的零件常放在白色纤维保温箱或碳化硅坩埚里。
对比
观看
National Science Foundation News · 为什么微波炉能加快陶瓷制造，附实验室画面
Hunan WISE Microwave Technology Co., Ltd · 工业炉的各个部件：磁控管、波导、腔体
The Virtual Foundry, Inc. · 感受体的思路，坩埚里放着 3D 打印的金属零件
CERAMBOT · 小型微波窑烧制打印的陶瓷零件
查看实拍照片
- 维基百科：烧结 — 综合性的烧结条目，其中有一节讲微波烧结；英文维基百科没有单独的条目
- 维基共享资源图片搜索
记住
- 微波烧结加热的是零件本身，而不是炉壁。
- 从内部加热，周期更短，晶粒更细。
- 冷态吸收差和热点是主要挑战，可通过感受体和精细控制来解决。
