[发明专利]一种多模烧结腔内微波焊接陶瓷材料的分析方法

说明书

技术领域：

本发明属于陶瓷材料分析技术领域，涉及一种多模烧结腔内微波焊接陶瓷材料的分析方法。

背景技术：

结构陶瓷具有优越的强度、硬度、绝缘性、热传导、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐磨耗、高温强度等特色，因此，在非常严苛的环境或工程应用条件下，所展现的高稳定性与优异的机械性能，在材料工业上已倍受瞩目，其使用范围亦日渐扩大。而全球及国内业界对于高精密度、高耐磨耗、高可靠度机械零组件或电子元件的要求日趋严格，因而陶瓷产品的需求相当受重视，其市场成长率也颇可观。但是,由于陶瓷材料本身的性质和制备工艺技术的限制，很难制造出尺寸较大而形状复杂的高致密度且密度分布均匀的陶瓷零件，即使目前较先进的凝胶注模成型方法，也因其在制备料浆时的固相含量、脱模和干燥等限制，也只能成型出单相材料的形状较简单坯体。因此，可以通过焊接简单陶瓷部件的方法来制造复杂的陶瓷零件解决这一难题。在目前的焊接方法中，用微波对结构陶瓷进行焊接是一种行之有效的方法，即把一个形状较复杂的陶瓷零件先分割成多个简单的圆柱、圆片、长方、正方等形状的简单部件的组合，用目前成熟的干压、半干压、等静压或热压等成型方法，将这些简单的圆柱、圆片、长方、正方等形状的部件，成型好并且完成烧结，再用微波焊接的方法，将各部分焊接组合在一起，从而解决成型方法的限制，制备出高性能尺寸较大而形状复杂的陶瓷零件。微波焊接具有如下特点:(1)利用材料本身的介电损耗发热,整个装置只有接头区域处于高温,而其余部分仍处于冷态。所以焊接时间短、节省能源；(2)焊接时接头内部整体同时发热,内应力低。不改变陶瓷外形,也不易产生断裂,接头能够均匀而牢固地结合在一起,焊接强度高,不需要预热也不需要焊后处理；(3)加热迅速,控温准确,接头处不易产生气泡或晶粒长大,同时晶界元素分布更趋均匀,从而使接头区域材料能保持优良的性能。而且，从目前国内外研究者的工作成果看，大都是利用微波单模腔或家用微波炉对陶瓷材料进行微波焊接，利用微波多模腔进行陶瓷焊接研究的报道很少。此技术处于初期发展阶段，还存在不少的问题有待解决，比如焊接腔内微波电磁场的分布、焊接腔内陶瓷材料焊缝以及焊接材料与中间材料之间温度场的分布、焊接腔内陶瓷材料焊缝以及焊接材料与中间材料之间的传质机理的研究以及多模微波烧结腔内焊接陶瓷材料的机理与工艺技术研究。因此，寻求一种系统地分析多模烧结腔内微波焊接陶瓷材料的方法。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种多模烧结腔内微波焊接陶瓷材料的分析方法，通过不同焊接温度下得到的不同焊接材料的晶粒生长、扩散、界面的特征找到影响焊接材料致密化的因素，根据试样在焊接过程中的温度场的分布，弄清微波电磁场和材料的热膨胀系数、热导率等对材料温度场分布的影响，并根据试样焊接过程中微波电磁场分布情况，控制微波电磁场均匀分布的范围，分析微波电磁场分布对结构陶瓷微波焊接机理的影响。

为了实现上述目的，本发明的具体分析过程为：

(1)选取不同试样进行微波焊接，在多模微波烧结腔内针对不同试样焊接过程中材料的介电损耗对电磁场分布的影响，对焊接过程中的电磁场分布进行模拟仿真：用HFSS电磁仿真软件，研究微波电磁场均匀分布的范围以及控制其范围大小的方法，并采用试剂法或硅胶法实际测量电磁场的分布情况，掌握各种条件下电磁场的具体分布情况，从而确定实际焊接时试样放置的位置；

(2)根据焊接材料本身的性质，如热膨胀系数，热导率等对材料温度场分布的影响，用Ephysics电磁仿真软件对试样在焊接过程中温度场分布进行模拟仿真分析，并用红外测温和光学成像技术分别监测焊接过程中试样的温度和形状尺寸的变化；

(3)根据步骤(1)和(2)得到的模拟仿真结果，分别进行相同形状尺寸的同种材料在不同温度阶段下和相同形状尺寸的不同种材料在同温度阶段下的微波焊接试验，制备出所需要的试样；

(4)用电镜定量分析手段，观察分析不同焊接温度下得到的不同焊接材料的晶粒生长、扩散、界面的特征，对不同温度阶段的试样进行分析，判断不同元素在开始传质过程的温度点、活性和阻力的差别以及晶粒长大速度、晶粒组分、晶界成分差别，从各区域的结构特征及精确组成的分析中，确定影响焊接材料致密化的因素，完成整个分析过程。