引言
采用微波烧结获得了致密金属材料。增加了金属材料的电阻率，虽然介电常数有所降低，但是改善了其频率和温度稳定性，显著提升了其压敏性能。在较低频率下，绝大多数极化机制都能够产生响应，故介电常数值较高；随着频率上升，部分慢极化机制因跟不上频率的变化而逐渐退出，对介电常数贡献减小，导致介电常下降。随频率的升高，介电常数逐渐下降，这与电介质材料中具有多种不同的极化响应机制有关。金属材料具有近净成形、高效节能、节约成本等优点。
1微波烧结原理
微波是指频率范围在300MHz~300GHz之间，波长范围在1mm~1m的电磁波，与物质相互作用的关系可分为吸收、透过和反射三种。微波技术最早应用于通信工程领域中，作为一种运载信息的工具。在偶然的情况下研究人员发现在微波场的周围存在着能量损耗并能产生一定的热效应。1937年通过研究微波与各类物质之间的相互作用，发现微波可以产生热效应，随后成功申请了微波加热技术的专利。直到20世纪60年代末，首次将微波技术引入到粉末材料的烧结，并进一步提出了微波烧结陶瓷材料的概念，微波烧结技术开始得到各领域的研究重视。1999年，美国宾夕法尼亚州立大学的突破了块体金属不能被微波加热的传统观念，利用微波技术加热金属粉末成功制备出各类块体金属材料。随后，各国相继对金属粉末材料的微波烧结进行了广泛深入的研究，证实在微波加热物质的过程中，电场和磁场会同时对物质产生作用，通过热效应和非热效应实现金属粉末在微波场中的加热和烧结。
2微波烧结过程中的存在问题
微波热失控是指材料在微波烧结过程中有时会在局部位置中产生“热点”，即在极短时间内材料局部温度迅速升高，导致显微组织结构发生剧烈变形的现象。热失控现象的存在会使烧结样品产生局部的损伤与熔化，严重时甚至会产生裂纹破坏样品的综合力学性能。一定程度上制约了金属及其合金材料微波烧结技术的发展。由于目前金属材料微波烧结机理的尚不明确，金属材料热失控行为产生的机理亦不清晰，使得材料的烧结过程难以高效稳定进行，极大地限制了金属及其合金材料微波烧结技术的发展。
3金属材料微波烧结技术的研究进展
3.1钙钛矿型微波介质陶瓷的低温烧结
近年来，为满足5G通信技术超高速、超低延时、更低功耗以及海量连接等需求，微波介质陶瓷类微波元器件逐渐向高频化、集成化、小型化和低成本化方向发展，而以低温共烧陶瓷技术(Lowtemperatureco–firedceramic，LTCC)为基础的多层结构设计可有效减小器件体积，是实现微波元器件向高速、高频、轻质、低成本、高可靠性方向发展的重要途径。LTCC技术的关键是能够制备出与Ag、Cu等电极共烧的微波介质陶瓷。目前，钙钛矿型微波介质陶瓷虽然具有优异的微波介电性能，但是其烧结温度普遍较高(>1300℃)，远不能满足与Ag、Cu等电极共烧的要求。因此，探索低温烧结钙钛矿型微波介质陶瓷已成为今后发展的一个重要趋势。为实现钙钛矿型微波介质陶瓷与Ag、Cu等电极共烧，研究人员尝试通过多种方法来降低钙钛矿型微波介质陶瓷的烧结温度。目前，降低烧结温度的方法主要包括：1)利用新的烧结技术降低烧结温度，比如：放电等离子烧结技术(SPS)、冷烧结(CS)、微波烧结等；2)通过新的湿化学法合成表面活性较高的粉体降低合成和烧结温度，例如：溶胶–凝胶法、共沉淀法、水热合成法、熔盐法等；3)添加玻璃(Li2O–B2O3–SiO2)和低熔点氧化物(B2O3、La2O3、CuO等)等来降低烧结温度。采用火花等离子体烧结合成了0.7CaTiO3–0.3NdAlO3陶瓷，对于在1250℃下施压(30MPa)30min后在氧气中进行退火的样品，获得了εr=46，Q×f=32000GHz，τf=–2.4×10–6℃–1的良好微波性能,与固相法(Ts=1450℃)相比，烧结温度降低了近200℃。采用微波加热技术，在低至500℃的温度下通过加热[CaTiO(C2O4)2·6H2O](CTO)合成了钙钛矿CaTiO3，与固相法(Ts=1350℃)相比，合成温度大幅度降低。
3.2烧结金属过滤技术
烧结金属过滤技术的应用形式是以烧结金属多孔材料为滤材的过滤分离设备。烧结金属多孔材料是一类兼具金属材料和多孔材料性质的特殊功能材料，具有机械强度高、可焊接性强，同时有耐高温、耐腐蚀、易加工等优点。高精度烧结金属多孔膜材料是在孔径大于10μm的传统多孔金属材料基础上发展起来的梯度金属多孔材料，呈非对称结构。以金属多孔材料作为支撑体，以金属、金属氧化物或金属合金制备的活性分离层作为控制层的新型膜分离材料。烧结金属多孔膜材料按材质可分为不锈钢膜、钛膜、镍膜、合金膜、金属陶瓷复合膜等，按过滤级别可分为纳滤、超滤、微滤等，按膜元件结构可分为管式内膜、管式外膜、平板膜等。膜层与基体的结合方式有机械咬合、黏接、吸附等，膜层厚度一般不超过1.0μm。传统烧结金属过滤技术一般是以深层过滤和表面过滤结合的方式，而烧结金属多孔膜过滤技术主要是以表面选择性过滤为主，直径大于孔径的杂质无法进入材料孔隙内，不易形成永久滤饼或深层污染，膜表面光滑，反吹再生效果好，更有利于实现长周期反复使用，相比传统过滤分离材料有独特的优势。烧结金属多孔材料及其过滤分离设备的生产制造过程复杂，技术难度大，质量控制要求高。烧结金属多孔膜材料具有力学性好、热传导性好、密封性好等优点，是传统多孔材料的升级，兼具高精度、高通量的过滤性能，可在高温、含油及酸碱环境下使用，被广泛应用于石油化工、国防军工、冶金机械、能源环保、生物制药等领域。不同精度的烧结金属多孔材料性能差异较大，在应用过程中需根据实际需求设计合理的方案，如此方能发挥其独特的性能优势。
结束语
目前，由于不同金属材料成分与烧结参数的差异，且在微波场中样品内部显微结构与热量分布直接表征手段的不足，对金属材料一些特殊变化和机理缺乏细致的研究与认识，特别是微波的磁力效应与热失控现象仅局限在小尺寸单质金属的研究。未来应借助电磁学、材料学、热学与同步辐射计算机断层扫描技术方面的专业知识对微波加热过程进行大量的实验与数值模拟研究，以加深对不同金属材料微波加热机制的理解，进一步提升金属烧结制品的性能。
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