[发明专利]陶瓷致密化方法及其装置

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及微波烧结法和装置，例如陶瓷材料的微波烧结。

背景技术

[0002]以下讨论内容中，参考了若干结构和/或方法。但是，所参考内容不应视为是对这些结构和/或方法构成现有技术的认可。申请人明确保留证明这些结构和/或方法不能作为现有技术的权利。

[0003]陶瓷制品的性能和因此导致的生产成本受热处理参数如烧成或烧结温度和时间的影响很大。烧结不充分，会导致致密化不充分。而过度烧结又会产生不需要的性能，如因颗粒尺寸较大引起的挠曲强度降低。

[0004]使用传统窑炉时，烧结时间不能任意缩短。当加热速度较高时，进行烧结的坯体(以下简称“烧结坯体”)的表面温度高于其内部温度。这些温度梯度能引起张力和裂缝。

[0005]现已开发研究出了陶瓷材料的微波加热技术，与传统窑炉相比，该技术所能实现的加热速度要高得多，而且能在较低温度下进行烧结，所以该技术的工艺时间可以大大缩短。

[0006]烧结坯体会消耗微波能，而加热窑炉腔所直接使用的微波能相对较少。使用微波加热法，烧结坯体会整体受热。如果仅使用微波能，坯体的表面温度会低于内部温度，出现温度梯度。加热速度较高时，如果该温度梯度的方向不与传统烧结法产生的温度梯度相反，则会引起与传统加热工艺类似的问题，

[0007]使用混合式加热窑炉，结合微波和传统加热的机理和优点，可解决这一问题。这一工艺中，即便加热速度高，陶瓷坯体仍能均匀加热。但是，微波烧结工艺中因不能用金属热电偶测定温度而难以操控。除此外，由于材料内的微波吸收量随材料温度升高而增加的缘故，还会发生所谓的“热失控”和“热点”效应。因此，微波烧结过程中，可靠的温度测定结果甚至比传统的烧结窑炉更重要。

[0008]陶瓷材料的微波烧结方法面临的问题是，许多陶瓷在室温下不吸收能量。所以，对这类陶瓷进行微波烧成或烧结工艺时，得跨过室温和耦合温度(T_c)之间的温差，因为陶瓷在耦合温度时吸收能量并通过微波能被加热。对氧化锆陶瓷来说，T_c约为700-750℃。要跨过这一温差，可以使用传统的电阻加热方法，将氧化锆陶瓷加热到T_c。或者，可以使用基座材料。基座是指能在室温吸收微波辐射的材料。如果将基座材料设在靠近要被烧结的坯体的位置，它们会通过辐射热将所吸收的微波能部分射出，从而将样品加热。

[0009]现有技术中已知有两种不同类型的微波窑炉。这些窑炉被称为单模窑炉或多模窑炉。

[0010]单模窑炉中，其内部、施加器(applicator)或烧结腔用作共振器。特定频率和波长的微波进入共振器后，一部分被器壁反射回来，在腔内形成驻波。这些驻波往往在腔内形成均匀的波场。

[0011]多模窑炉中，共振器内会产生很高的波密度，但并不一定是均匀的微波场，为得是尽量使样品均匀地吸收微波。但只有在使用搅拌器或转台时，这种吸收才是均匀而令人满意的。例如，可以使用“微波搅拌器”使磁场均匀，它是一种具有合适几何形状的金属场搅拌器。搅拌器是装在窑炉内部(大多在炉顶，在一合适的罩下方)的形状复杂的旋转金属轮，它会不断地改变振动模式。或者，可以像厨房微波炉那样，在加热过程中，将样品放置在腔内转台上让它旋转。目前烧结陶瓷用的大多数微波窑炉应该都是多模窑炉。

发明内容

[0012]本发明可选地针对现有技术存在的一项或多项缺点。

[0013]根据一方面，本发明提供一种陶瓷体烧结装置，该装置包括：具有单模微波加热腔的施加器；设在该加热腔内的热绝缘结构；设在该热绝缘结构内、微波耦合温度低于陶瓷体的基座；放在靠近所述基座位置的陶瓷体；磁控管；以及，温度测定装置。

[0014]根据另一方面，本发明提供一种陶瓷体的烧结方法，该方法包括：提供一种装置，其包括：具有单模微波加热腔的施加器；设在该加热腔内的热绝缘结构；设在该热绝缘结构内、微波耦合温度低于陶瓷体的基座；磁控管；以及，温度测定装置；将陶瓷体放置在靠近所述基座的位置；将微波引入腔内以加热所述基座，所述基座通过辐射加热方式将陶瓷体加热直至达到陶瓷体的耦合温度，达到该温度后，陶瓷体在微波作用下在足够长的时间内被加热至足够高的温度，从而使陶瓷体致密化。

[0015]根据再一方面，本发明提供一种形成牙制品的方法，该方法包括：使陶瓷体成形，然后根据上述方法进行陶瓷体烧结。

附图说明

[0016]图1是根据本发明一方面的微波烧结装置示意图。

[0017]图2是根据本发明另一方面操作的烧结技术所对应的时间-温度关系图。