多模腔内结构陶瓷微波焊接的传质机理与仿真模拟研究

本项目提出对在多模腔内微波焊接Y-TZP/Y-TZP和ZTA/ZTA材料的机理进行研究。(1) 在不同试样焊接过程中，对腔内电磁场的分布进行模拟仿真。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。(2) 根据Y-TZP和ZTA材料的性质，如热膨胀系数，热导率等对材料温度场分布的影响，对试样在焊接过程中温度场的分布进行研究。从而确保焊接试验过程中试样焊缝的均匀加热，提高焊接强度。(3)将试样在不同焊接温度、压力、焊接表面状态、保温时间等条件下得到的焊接试样，用电镜定量微结构分析等手段，观察分析焊接材料焊缝的晶粒生长、扩散、界面的特征等，通过对不同条件下得到的样品组分分析，判断材料开始传质过程的温度点，观察不同元素在传质的活性和阻力上有无差别，从各区域结构特征及精确组成的分析中，推导其微结构形成的机制，找到影响焊接材料致密化的因素，据此提出微波焊接条件下结构陶瓷新的致密化模型。

本项目对多模烧结腔内微波焊接Y—TZP/Y—TZP和ZTA/ZTA材料的机理进行研究。针对不同试样焊接过程中，材料的介电损耗影响电磁场的分布，对腔内电磁场的分布进行模拟仿真。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。根据材料本身的性质，如热膨胀系数，热导率等对材料温度场分布的影响，对试样在焊接过程中温度场的分布进行分析研究。.研究表明：多模腔内焊接试样的摆放方向对电磁场场强分布的影响较小，也就是说试样可以在焊接腔内任意方向摆放,这与多模谐振腔内电磁场的分布状况有关，而试样的大小对焊接过程中的试样接触面上的电磁场分布有加大的影响，焊接面场强分布均匀的为半径r=40mm高度h为小于50mm。腔内电场分布均匀，焊接面的场强分布也均匀，温度也较均匀。相比单模腔，多模腔具有电磁场均匀分布范围大，可以焊接较大的形状更复杂试样优点。能够克服单模腔内只能在同一平面上试样接触面较小的限制。在掌握了多模腔内电磁场均匀分布状况、焊接材料内的温度场分布情况后，还可以同时完成整个试样中多个部位的焊接，用微波焊接制备出尺寸较大且形状复杂的结构陶瓷零件。.将在不同条件下得到的焊接后的材料，用电镜定量分析等手段，观察分析焊接材料的晶粒生长、扩散、界面的特征等。.研究表明：对焊接后的试样进行电镜分析，通过对不同烧结阶段的样品组分分析，判断材料开始传质过程的温度点均在材料的烧结温度附近，不同元素在传质的活性和阻力上有差别，活化只发生在晶界上。.掌握焊接腔内微波电磁和温度场的分布以及如何控制其均匀范围，可以确定实际工艺过程中试样的放置位置和试样的大小，提高试样焊接的成功率，它对微波焊接工艺都具有一定的指导意义。