新型快速微波燒結微觀機理的同步輻射在線實驗研究.pdf

1、微波燒結是一種優(yōu)于常規(guī)燒結的新型材料快速制備技術，研究微波燒結機理具有重要的理論和實際意義。本文首先闡述了對微波燒結微結構演化進行同步輻射CT（簡稱“SR-CT”）在線觀測的必要性和重要性。依此，通過對研制核心設備所存在技術難題的分析和解決，成功構建了一套SR-CT技術專用的微波燒結在線實驗系統(tǒng)。基于該實驗系統(tǒng)，分別開展了金屬和陶瓷單一材料體系，以及金屬-陶瓷混合體系微波燒結的SR-CT在線實驗，研究了各自的微波燒結微結構演化特征及相應

2、的微觀燒結機理。最后，結合本文實驗研究結果，對微波的“熱效應”和“非熱效應”做了進一步的討論和分析。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處是:
　　 一、構建了一套同步輻射CT專用的微波燒結在線實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了快速微波燒結微結構演化的同步輻射CT在線觀測，最高分辨率達亞微米量級。目前，國際上尚未見到與該實驗系統(tǒng)相似的報道。
　　 1)分體式結構設計解決了高襯度、高分辨率SR-CT實驗平臺的空間限制;
　　 2)多維精密電控

3、旋轉臺可實現(xiàn)高溫微波場中樣品精確定位和高精度旋轉，這對于開展多場耦合或極端條件下高分辨率SR-CT實驗具有積極意義;
　　 3)特制的雙重保溫結構有效解決了小樣品在不完全密閉環(huán)境中的通光、保溫、測溫及氣氛保護等問題，為拓展該實驗系統(tǒng)應用范圍提供技術保障。
　　 二、首次實現(xiàn)了金屬、陶瓷等單一體系以及金屬-陶瓷混合體系微波燒結SR-CT在線實驗研究。觀察到諸多不同于常規(guī)燒結的表面和界面快速演化現(xiàn)象，定量分析表明微波燒結與常

4、規(guī)燒結具有不同的加熱特性和物質擴散機制。
　　 1)實現(xiàn)了金屬、陶瓷以及金屬-陶瓷混合材料在微波燒結過程中微結構演化的SR-CT在線實驗，觀測到了諸多不同于常規(guī)燒結的特殊燒結現(xiàn)象，并從微波“熱效應”和“非熱效應”等角度對這些現(xiàn)象進行了機理解釋;
　　 2)通過B樣條插值方法提取了顆粒表面曲率參數(shù)，統(tǒng)計和分析了混合體系以及純金屬顆粒表面彎曲能的變化規(guī)律，結果表明，微波電磁場與材料的耦合機制與材料的物性密切相關，微波磁場有利

5、于金屬顆粒表面彎曲能的降低;
　　 3)利用分水嶺算法獲得了金屬、陶瓷以及金屬-陶瓷混合材料的頸長動力學曲線，分析了各自的物質主導擴散機制和相應的微觀機理，結果表明微波燒結與常規(guī)燒結的物質擴散機制不同，且不同材料之間也存在不同。
　　 此外，研究了微波與不同材料體系內(nèi)部顆粒表面和界面的耦合機制，結果表明當陶瓷加入金屬以后，微波將在混合體系中將引起界面極化，從而促進體系的加熱。
　　 三、探索了微波電磁場強度分布、

6、傳播方向以及材料微觀構型等因素可能引起的“熱效應”和“非熱效應”，分析表明這些效應將促進物質擴散進程，并引起各向異性燒結。
　　 1)在微波的“熱效應”方面，主要分析了微波電場和磁場強度的不均勻分布，以及材料的微觀構型對燒結進程可能產(chǎn)生的促進作用;
　　 2)在微波的“非熱效應”方面，主要分析了微波電場和磁場的方向以及材料的微觀構型可能導致的各向異性燒結現(xiàn)象。
　　 最后，對全文的工作進行了總結，給出了本文的主要