本發(fā)明涉及燒結(jié)和鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于微波吸收發(fā)熱材料的成型方法。

背景技術(shù)：

鑄造是在型砂中生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。

砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長期以來，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。砂型鑄造的工藝過程包括：制作木模－翻砂造型－熔化－澆注－落砂－澆、冒口清理－檢驗入庫。砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結(jié)劑。

金屬液在充填鑄型和凝固過程中，與鑄型發(fā)生熱的、物理的、化學(xué)的和機械的作用。由于這些作用，鑄件可能產(chǎn)生粘砂等鑄造缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供了一種基于微波吸收發(fā)熱材料的成型方法，該成型方法利用微波進行加熱，縮短了加熱時間，提高了加熱效果，消除了傳統(tǒng)的成型方法的缺陷。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種基于微波吸收發(fā)熱材料的成型方法，包括以下步驟：

s1，將微波吸收發(fā)熱材料粉體化；

s2，將粉體化的微波吸收發(fā)熱材料與主料混合；

s3，采用多種頻率的微波對混合料加熱，借助微波吸收發(fā)熱材料實現(xiàn)對混合料的加熱，并通過對環(huán)境因素的組合控制，實現(xiàn)混合料均勻或非均勻可控成型。

可選的，步驟s2中：將主料堆埋在微波吸收發(fā)熱材料中，或者，將主料與微波吸收發(fā)熱材料均勻共混，或者，將主料與微波吸收發(fā)熱材料分層混合或造粒混合。

可選的，所述環(huán)境因素包括升降溫曲線、時間、氣氛、混合比例、壓力。

可選的，主料和微波發(fā)熱材料混合的比例為0.1-1%，利用主料的熱效應(yīng)對混合料進行加熱。

可選的，主料和微波發(fā)熱材料混合的比例為1-10%，利用混合料的熱效應(yīng)對混合料進行加熱。

可選的，主料和微波發(fā)熱材料混合的比例為10-99.9%，利用微波發(fā)熱材料的熱效應(yīng)對混合料進行加熱。

可選的，步驟s3中包括以下步驟：

s311，將粉末狀的混合料制成成型的樣品；

s312，采用微波加熱實現(xiàn)對成型的樣品的燒結(jié)。

可選的，步驟s312中，將所述樣品放入保溫層中，所述保溫層設(shè)置在微波腔體內(nèi)，所述微波腔體設(shè)有微波入口，微波通過所述微波入口對所述樣品進行燒結(jié)。

可選的，步驟s3中包括以下步驟：

s321，采用微波加熱混合料，使混合料融化或部分融化；

s322，采用融化或部分融化的混合料進行澆注。

可選的，步驟s322中，將融化的混合料注入鑄型中；然后經(jīng)冷卻結(jié)晶形成制品。

可選的，對所述制品可受控實現(xiàn)對微波吸收發(fā)熱材料在主料整體中分散、彌散或偏析。

可選的，所述微波吸收發(fā)熱材料為高介質(zhì)損耗效應(yīng)的材料，包括石墨烯、氧化銅、氧化鋅、鐵氧體、碳化硅。

可選的，所述主料包括金屬、合金、高分子材料、陶瓷、玻璃。

本發(fā)明提供的基于微波吸收發(fā)熱材料的成型方法，將微波吸收發(fā)熱材料粉體化，與需要成型的主料混合后，采用多種頻率的微波對混合料加熱，借助微波吸收發(fā)熱材料實現(xiàn)對混合料的加熱，并通過對環(huán)境因素的組合控制，實現(xiàn)混合料均勻或非均勻可控成型。

該成型方法，采用微波進行加熱，利用了微波吸收發(fā)熱材料對微波的反應(yīng)，混合料內(nèi)部的吸波粒子在微波電磁能作用下動能增大、擴散系統(tǒng)提高，可實現(xiàn)吸波材料在低溫條件下的快速升溫，然后即可對混合料進行加熱，同時，通過控制升降溫、時間、氣氛、壓力等條件，可使混合料實現(xiàn)均勻或非均勻可控成型。微波加熱的過程是依靠材料自身吸收微波能并轉(zhuǎn)化為內(nèi)部粒子的動能和勢能，因此被整體均勻加熱，內(nèi)部不存在溫度梯度。該成型方法利用微波進行加熱，縮短了加熱時間，提高了加熱效果，能夠消除傳統(tǒng)的成型方法的缺陷。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。

圖1為本發(fā)明所提供的基于微波吸收發(fā)熱材料的成型方法一種具體實施方式的流程圖；

圖2為本發(fā)明所提供的基于微波吸收發(fā)熱材料的成型方法的一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，圖2中的附圖標記和部件名稱之間的對應(yīng)關(guān)系如下：

樣品1；保溫層2；微波腔體3。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

請參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供的基于微波吸收發(fā)熱材料的成型方法一種具體實施方式的流程圖。

在一種具體的實施方式中，本發(fā)明提供了一種基于微波吸收發(fā)熱材料的成型方法，包括以下步驟：

步驟s1，將微波吸收發(fā)熱材料粉體化；

步驟s2，將粉體化的微波吸收發(fā)熱材料與主料混合；

步驟s3，采用多種頻率的微波對混合料加熱，借助微波吸收發(fā)熱材料實現(xiàn)對混合料的加熱，并通過對環(huán)境因素的組合控制，實現(xiàn)混合料均勻或非均勻可控成型。

該成型方法，先將微波吸收發(fā)熱材料粉體化，然后與需要成型的主料混合均勻，采用不同功率的微波對混合料進行加熱，借助微波吸收發(fā)熱材料對整體混合料進行快速加熱，并通過對環(huán)境因素的組合控制，實現(xiàn)混合料均勻或非均勻可控成型，可以進行燒結(jié)操作，也可以進行熔鑄操作。

采用微波進行加熱，利用了微波吸收發(fā)熱材料對微波的反應(yīng)，混合料內(nèi)部的吸波粒子在微波電磁能作用下動能增大、擴散系統(tǒng)提高，可實現(xiàn)材料在低溫條件下的快速升溫，然后即可對混合料進行加熱，同時，通過控制升降溫、時間、氣氛、壓力等條件，可使混合料實現(xiàn)均勻或非均勻可控成型。

微波加熱的過程是依靠材料自身吸收微波能并轉(zhuǎn)化為內(nèi)部粒子的動能和勢能，因此被整體均勻加熱，內(nèi)部不存在溫度梯度。該成型方法利用微波進行加熱，縮短了加熱時間，提高了加熱效果，同時還能夠消除傳統(tǒng)的成型方法的缺陷。

在具體的實施方式中，步驟s2中，主料與微波吸收發(fā)熱材料的混合方式可以有多種形式，可以將主料堆埋在微波吸收發(fā)熱材料中，也可以將主料與微波吸收發(fā)熱材料均勻共混，還可以將主料與微波吸收發(fā)熱材料采用其他非均勻的方式共混，例如分層混合或造?；旌?。在具體的操作過程中，可以根據(jù)成型要求，采用相應(yīng)的混合方式。

進一步具體的實施方式中，環(huán)境因素包括升降溫曲線、時間、氣氛、混合比例、壓力。

通過控制微波吸收發(fā)熱材料的比例、微波功率、時間、爐內(nèi)氣氛、壓力等要素，可以實現(xiàn)均勻熔鑄或不同程度的偏析熔鑄，獲得不同的熔鑄產(chǎn)品宏觀性能的組合。

微波加熱過程中，還可以改變爐內(nèi)氣氛，通入不同的氣體，并使其保持一定的壓力，都能夠?qū)Τ尚瓦^程產(chǎn)生一定的影響。

主料和微波發(fā)熱材料混合比例的不同，混合料的性能就不同，相應(yīng)的混合料的加熱方式和加熱過程也不相同，不同的混合比例可以獲得不同宏觀性能的產(chǎn)品。

具體的，主料和微波發(fā)熱材料混合的比例為0.1-1%，利用主料的熱效應(yīng)對混合料進行加熱；主料和微波發(fā)熱材料混合的比例為1-10%，利用混合料的熱效應(yīng)對混合料進行加熱；主料和微波發(fā)熱材料混合的比例為10-99.9%，利用微波發(fā)熱材料的熱效應(yīng)對混合料進行加熱。

微波吸收發(fā)熱材料所占的比例越大，微波加熱的效果越好；通過選用不同功率的微波，調(diào)整微波的加熱時間，也可以調(diào)整微波的加熱效果，進而獲得不同的混合料的加熱效果，能夠控制混合料的加熱速度、加熱時間，以獲得不同的加熱效果。加熱過程中，還可以分別控制升溫過程、恒溫過程和降溫過程的時間，得到不同晶體結(jié)構(gòu)，獲得不同宏觀性能的產(chǎn)品。

一種優(yōu)選的具體實施方式中，步驟s3中包括以下步驟：

步驟s311，將粉末狀的混合料制成成型的樣品；

步驟s312，采用微波加熱實現(xiàn)對成型的樣品的燒結(jié)。

傳統(tǒng)的燒結(jié)過程是將粉狀物料轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅荏w，比如陶瓷、耐火材料等，成型后通過燒結(jié)得到的是一種多晶材料，燒結(jié)過程影響晶粒的尺寸及晶界形狀和分布，進而影響材料的性能。

采用微波進行燒結(jié)的過程中，材料內(nèi)部的粒子在微波電磁能作用下動能增大，擴散系數(shù)提高，可以實現(xiàn)材料在低溫條件下快速燒結(jié)并保證微觀結(jié)構(gòu)的均勻性。微波燒結(jié)依靠材料自身吸收微波能并轉(zhuǎn)化為內(nèi)部粒子的動能和勢能，因此樣品被整體均勻加熱，內(nèi)部不存在溫度梯度，可以承受更快的加熱速率，縮短燒結(jié)時間。

微波輻射可提高粒子動能、有效加速粒子擴散。燒結(jié)過程包括致密化階段和晶粒生長階段，致密化速率主要與坯體顆粒間粒子擴散速率有關(guān)，晶粒生長速率則主要依賴與晶界擴散速率。所以微波燒結(jié)有助于提高材料致密度，增加晶粒均勻性。微波燒結(jié)可以實現(xiàn)對材料的低溫快速燒結(jié)，燒結(jié)過程無需熱傳導(dǎo)，沒有熱慣性，熱源可即時發(fā)熱或瞬時停止，這些都體現(xiàn)了高效節(jié)能的特點。同時，微波熱源不會污染燒結(jié)體，能夠方便實現(xiàn)真空及各種氣氛下的燒結(jié)。

請參考圖2，圖2為本發(fā)明所提供的基于微波吸收發(fā)熱材料的成型方法的一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

進一步具體的實施方式中，步驟s312中，將所述樣品1放入保溫層2中，所述保溫層2設(shè)置在微波腔體3內(nèi)，所述微波腔體3設(shè)有微波入口，微波通過所述微波入口對所述樣品1進行燒結(jié)。

如圖2所示，燒結(jié)過程中，可以實現(xiàn)樣品1內(nèi)外整體同時升溫，加熱過程是能量的轉(zhuǎn)換過程，能量主要集中在被加熱的樣品1上，微波效應(yīng)同時具有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)，可以實現(xiàn)低溫加熱，該燒結(jié)裝置結(jié)構(gòu)簡單，工藝過程簡單，易于控制。

另一種優(yōu)選的具體實施方式中，步驟s3中包括以下步驟：

步驟s321，采用微波加熱混合料，使混合料融化或部分融化；

步驟s322，采用融化或部分融化的混合料進行澆注。

傳統(tǒng)的澆注過程，融化澆注材料時需要達到很高的溫度，冷卻過程中由于析晶溫度不一致，容易產(chǎn)生晶粒偏析使制品存在縮孔等缺陷。

利用微波進行加熱，融化混合料，混合料內(nèi)部的粒子在微波電磁能作用下動能增大、擴散系統(tǒng)提高，可實現(xiàn)材料在低溫條件下的快速升溫，微波加熱的過程是依靠材料自身吸收微波能并轉(zhuǎn)化為內(nèi)部粒子的動能和勢能，因此被整體均勻加熱，能夠?qū)崿F(xiàn)混合料的低溫快速融化，然后進行澆注，能夠增加結(jié)晶過程中晶粒的均勻性。

進一步的具體實施方式中，步驟s322中，將融化的混合料注入鑄型中；然后經(jīng)冷卻結(jié)晶形成制品。

澆注過程中主要通過微波控制熔化的氣氛、熔融溫度和冷卻條件，這樣能夠保證高的生產(chǎn)效率、析晶符合要求，獲得高品質(zhì)的制品。

進一步的，對所述制品可受控實現(xiàn)對微波吸收發(fā)熱材料在主料中分散、彌散或偏析。

對進行熱處理的過程中，不但可以消除偏析，還可以實現(xiàn)對微波吸收發(fā)熱材料的去除，保證主料的純度。

上述各具體的實施方式中，利用微波加熱的原理可以制作微波器件，實現(xiàn)對混合料的加熱，可根據(jù)加工對象對微波器件進行智能化調(diào)整，控制混合料的燒結(jié)順序和過程，或融化與凝固順序及過程。該微波器件可實現(xiàn)間歇式、脈沖式和連續(xù)化生產(chǎn)。

具體的，所述微波吸收發(fā)熱材料為高介質(zhì)損耗效應(yīng)的材料，包括石墨烯、氧化銅、氧化鋅、鐵氧體、碳化硅。所述主料可以為金屬、合金、高分子材料、陶瓷、玻璃。

微波吸收發(fā)熱材料包括但不限于石墨烯、氧化鋅、鐵氧體等，可根據(jù)主料的需要進行選擇性設(shè)計。同時，主料可以是各種金屬和合金材料及非金屬材料，包括但不限于高嶺土。高嶺土潔白細膩、松軟土狀，具有良好的可塑性和耐火性等理化性質(zhì)。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。