热裂法（Thermal Controlled Fracture Method）是一种利用热应力切割硬脆陶瓷材料的新加工方法。由于利用热裂法可产生较干净的切割面,较大地提高了工件边缘的强度,因此该方法引起了国内外学者的广泛关注。以往热裂法研究中,激光是普遍被用来产生和控制热应力的热源形式,这种热裂法被称为激光热裂法。然而,由于激光不能有效的加热非透明陶瓷,限制了热裂法在非透明陶瓷切割加工领域的应用。为了有效的利用热裂法切割多种陶瓷,本文设计了两种形状的微波热源作为热裂法的热源,来实现热裂法在多种陶瓷工件切割加工领域的应用,并称该方法为微波热裂法。微波热裂法的研究目前尚鲜见报道,微波热裂法的应用面临诸多亟需解决的共性科学技术问题。其中几个关键的共性基础问题包括:微波热源生成技术及其建模、微波热裂法可加工性评估方法、微波热裂切割过程裂纹失控与偏移扩展行为机制及其控制方法等。本文即围绕上述基础性问题展开系统的研究,旨在为微波热裂法的应用提供必要的理论基础和技术支持。热源形状是影响热裂法切割过程的关键因素之一。其中椭圆形和圆形是热裂法中常用的热源形状,且各具优势。生成上述形状的微波热源可以将上述热源形状优势移植到微波热裂法应用中。为了达到上述目的,本文设计了两种物理模型（短边收缩聚焦波导模型和波导-同轴转换模型）并搭建了相应的实验装置,来生成上述形状的微波热源。通过电磁仿真分析的方法,计算得出上述两种形状微波热源热功率密度分布的数值解。然后发现可利用修正的高斯分布方程,对上述数值解进行拟合,得到上述微波热源模型（热功率密度分布的数学表达式）。通过比较上述微波热源模型加热玻璃时温度场的仿真分析与测温实验结果,证明上述微波热源模型可以表征实际热源的热功率密度分布。为了评估微波热裂法切割加工过程中不同陶瓷材料的可加工性,本文基于连续弹性介质假设条件下,提出并建立了微波可裂因子β_s的数学模型。该数学模型指出,不同陶瓷在被相同微波加热使温度场达到定常态时,其β_s与裂纹扩展因子K_η之间均具有线性关系(K_η=K/K_IC;K:裂纹处应力强度因子,K_IC:陶瓷断裂韧性)。由于K_η越大,意味着裂纹越容易扩展。因此,β_s可用来评估此时不同陶瓷材料边缘裂纹扩展难易程度。然后,通过仿真分析实际切割过程中（温度场未达到定常态时）β_s与K_η之间关系。发现此时,对于不同陶瓷,β_s与K_η值呈准线性关系。说明线弹性介质假设条件下,β_s可用来评估切割过程中不同陶瓷材料边缘裂纹扩展难易程度。最后,利用上述搭建的微波热裂切割实验装置,实际切割了四种陶瓷材料（钠钙玻璃、碳化硅、氧化铝和氧化锆）,并给出裂纹扩展时单位长度路径最小输入微波能量Q_s(其中Q_s=P/v_max;P_m为输入微波功率;v_max为切割速度最大值)。发现,β_s与微波加工单位长度输入能量Q_s存在相同变化趋势。说明,在实际应用中,β_s可以作为作为不同陶瓷材料在利用微波热裂法切割时的可加工性评价指标之一。热应力作用下的裂纹失控与偏移扩展行为,是影响热裂法切割轨迹精度的关键因素,也是微波热裂法应用过程中亟需解决的关键基础问题,因此有必要研究微波热裂法切割过程中裂纹失控与偏移扩展行为及其影响因素。首先,基于线弹性连续介质假设条件,给出了控制裂纹扩展位置、方向和速度的理想应力条件,并理论分析了热裂法切割过程中裂纹产生失控与偏移扩展行为的力学机制。然后,仿真分析了在微波热裂法切割过程中,不同陶瓷材料的热应力分布环境,并利用上述分析的产生裂纹失控与偏移扩展行为的力学机制,预判了裂纹失控扩展行为的特征。利用所搭建的微波热裂切割实验装置,实际切割了四种陶瓷材料,发现实际裂纹失控偏移扩展行为特征与仿真分析预判结果吻合,证明所提出的产生裂纹失控扩展行为的力学机制是有效的。利用上述研究结果,研究了微波热裂切割陶瓷的工艺规律。仿真分析了热源形状、热源功率、扫描速度、工件厚度和冷却措施对陶瓷工件的热应力分布的影响规律。并基于所建立的裂纹失控与偏移扩展力学机制,预判了典型材料在不同工艺参数下初始裂纹偏移超速扩展和裂纹不贯穿等失控扩展行为。利用所开发的三种微波聚焦热源形成装置,分别对玻璃和氧化铝陶瓷进行了工艺实验研究。与上述仿真分析预测结果对比,均与仿真分析结果具有较好的一致性。证明在微波热裂切割加工应用中,所建立的裂纹失控与偏移扩展行为力学机制的有效性。上述研究结果均显示,热应力的集中性越强,则初始裂纹偏移量越小。基于此,提出两种控制初始裂纹失控扩展的方法:预制长初始裂纹和微波诱导涂层集中放电。结果显示,在实际应用中,上述两种方法均可有效降低初始裂纹失控偏移扩展程度。