陶瓷輥棒是生產(chǎn)新型建筑陶瓷和衛(wèi)生陶瓷輥道窯的關(guān)鍵材料。常規(guī)的輥棒因較長，加上窯內(nèi)的溫度不均勻，易造成彎曲，成品率低。若采用焊接的方法將彎曲的輥捧切斷后焊接，則可有效地提高成品率、節(jié)約成本、降低材料消耗。通常的陶瓷材料焊接是將陶瓷與陶瓷直接或用焊接劑，在高溫高壓下加熱的擴(kuò)散焊接。長時(shí)間高溫加熱會(huì)降低基體性能，激光、電氣等方法雖具有局部快速加熱等優(yōu)點(diǎn)，也存在產(chǎn)生裂紋使材質(zhì)發(fā)生變化等問題。微波焊接因可克服上述問題而引人注目。
微波焊接是利用陶瓷材料吸收微波能而自身發(fā)熱并在一定壓力條件下實(shí)現(xiàn)連接的焊接技術(shù)。研究者利用家用微波爐實(shí)現(xiàn)了Ａｌ２Ｏ３薄片間的玻璃封接，這種方法還被用于陶瓷、玻璃、金屬封接。
一、微波焊接原理及特點(diǎn)
微波焊接是利用微波電磁場與材料的相互作用，使材料被加熱并在外力作用下完成焊接。微波加熱是利用材料在微波場中的介質(zhì)損耗形成功率耗散，將微波能轉(zhuǎn)化為材料自身的分子動(dòng)能和勢能。由于不同材料的介電損耗不同，產(chǎn)生的功率耗散不同，熱效應(yīng)也不同。因此，利用這點(diǎn)進(jìn)行選擇性加熱，更有效地提高焊接強(qiáng)度，同時(shí)保持基材不受影響。
一、微波焊接原理及特點(diǎn)
微波焊接是利用微波電磁場與材料的相互作用，使材料被加熱并在外力作用下完成焊接。微波加熱是利用材料在微波場中的介質(zhì)損耗形成功率耗散，將微波能轉(zhuǎn)化為材料自身的分子動(dòng)能和勢能。由于不同材料的介電損耗不同，產(chǎn)生的功率耗散不同，熱效應(yīng)也不同。因此，利用這點(diǎn)進(jìn)行選擇性加熱，更有效地提高焊接強(qiáng)度，同時(shí)保持基材不受影響。
微波焊接具有如下特點(diǎn)：
?、爬貌牧媳旧淼慕殡姄p耗發(fā)熱，整個(gè)裝置只有接頭區(qū)處于高溫，其余部分仍處于冷態(tài)。所以焊接時(shí)間短、節(jié)省能源，且整個(gè)裝置緊湊、簡單、使用成本低；
?、坪附訒r(shí)，接頭內(nèi)部整體同時(shí)發(fā)熱，內(nèi)應(yīng)力低。不改變陶瓷外形，不易產(chǎn)生斷裂，接頭均勻而牢固地結(jié)合在一起，焊接強(qiáng)度高，不需預(yù)熱也不需焊后處理；
⑶加熱迅速，控溫準(zhǔn)確，接頭處不易產(chǎn)生氣泡和晶粒長大，同時(shí)晶界元素分布更趨均勻，從而使接頭區(qū)材料能保持優(yōu)良的性能；
?、仍诤附咏宇^間添加具有較大介質(zhì)損耗因子的助焊接劑，可解決低耗材料和復(fù)雜形狀陶瓷的焊接。
二、實(shí)驗(yàn)裝置及方法焊接微波源的工作頻率為９１５ＭＨｚ，功率在０～２０ｋＷ連續(xù)可調(diào)，在源與腔體之間接一定向耦合器，用以測定人射和反射功率并判斷系統(tǒng)的諧振和阻抗匹配情況。微波焊接腔采用異形非均勻填充的ＴＥ１０３矩形單模腔。該腔體具有場分布均勻穩(wěn)定、場強(qiáng)密度高、腔體損耗小、易于調(diào)節(jié)和控制等特點(diǎn)。保溫材料為多晶的莫來石纖維耐火材料，溫度控制采用光導(dǎo)纖維紅外溫度輻射計(jì)與控制系統(tǒng)相連來控制焊接界面的溫度，在焊接件軸向安裝加壓系統(tǒng)，控制焊接時(shí)所需的壓力，焊接材料為實(shí)用的?４０ｍｍ氧化鋁－莫來石陶瓷輥棒（Ａｌ２Ｏ３純度８５％左右）。在不同工藝條件下進(jìn)行直接焊接，界面強(qiáng)度的測試按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ＪＣ?４１３?９１，將焊接的輥棒由三點(diǎn)彎曲法測定，其焊界面置于跨距。
三、結(jié)果與分析在陶瓷輥棒微波焊接時(shí)發(fā)現(xiàn)，在溫度為１３００℃下，焊接壓力≤２．０ＭＰａ時(shí)有明顯未焊合的焊縫?≥２．０ＭＰａ時(shí)焊接完好，焊接強(qiáng)度同基體強(qiáng)度*?加熱溫度低于１３００℃時(shí)也發(fā)現(xiàn)有未焊合的焊縫，焊接強(qiáng)度隨溫度的降低而下降。在溫度條件下適當(dāng)?shù)募訜釙r(shí)間時(shí)，強(qiáng)度才能達(dá)到zui大值，過長或過短強(qiáng)度均下降，這是因?yàn)榧訜釙r(shí)間過短形成的熱應(yīng)力使強(qiáng)度下降，過長造成晶粒及孔隙的粗化所致。通過對焊接層的分析，發(fā)現(xiàn)陶瓷間的焊接未見中間反應(yīng)層，也未見熔融及晶粒粗化特征，因而認(rèn)為擴(kuò)散是主要機(jī)制，也有人認(rèn)為這種短時(shí)間的焊接成功是晶界相熔融，接合面是固液共存狀態(tài)，隨后冷卻再結(jié)晶的結(jié)果。
還有人認(rèn)為是微波電場的交替作用使Ａｌ３＋、Ｏ２－離子強(qiáng)制振動(dòng)而加速擴(kuò)散的結(jié)果。而微波燒結(jié)陶瓷材料的動(dòng)力學(xué)研究表明，在微波電磁能作用下陶瓷材料的擴(kuò)散系數(shù)大幅度提高，Ａｌ２Ｏ３陶瓷的微波燒結(jié)活化能僅為常規(guī)燒結(jié)活化能的１／３。
因而微波焊接可在較低的溫度下以較快的速度實(shí)現(xiàn)陶瓷材料的焊接。四、結(jié)論微波焊接的效果與壓力、溫度、時(shí)間有關(guān)，適當(dāng)選擇工藝參數(shù)，可獲得令人滿意的結(jié)果，在１３００℃、２．０ＭＰａ壓力、保溫１５ｍｉｎ條件下，可成功地進(jìn)行陶瓷輥棒的微波焊接。
