由于微波频率高、可用频带宽，现代雷达、电子对抗、通信、电视广播、遥感等多以微波为信息载体。并且微波能具有加热均匀、速度快;选择性加热;可控制性;穿透能力强;高效、清洁卫生、无污染等特点，微波也被广泛应用在可控热核聚变装置、加热、材料处理和制备等领域。厚度在20～30mm的小型人造石板材的微波固化已经具备一定规模，但对体积达到3000mm×1600mm×900mm的超大尺寸人造石目前仍停留在自然固化阶段。自然固化需耗费约15天时间，不仅降低了生产效率，而且占用大量场地，增加了成本，这已成为制约人造石行业发展的关键共性技术问题。　　针对这一关键共性技术问题，本文对大尺寸不饱和聚酯人造大理石进行微波固化，设计制造出国际上首套大尺寸人造石微波快速固化系统。该系统稳定可靠，可处理最大尺寸为1600mm×900mm×600mm的人造石，输出功率大于60kW且连续可调，能将固化时间从15天缩短至1小时以内，微波源寿命超过3000小时，并且形成了一套标准化的操作规范。与自然固化相比，微波固化后的人造石完全满足行业标准，在硬度、强度、膨胀性、环保性等方面有明显改善。针对微波快速固化系统中的关键技术:微波源、微波传输线和固化反应器，本文进行了深入的理论分析和计算机仿真模拟，设计制造了一系列应用于微波固化系统的设备，开展了多个层次的微波固化人造石实验，剖析了微波固化的机理，就相关技术瓶颈提出了解决方案。论文的主要工作和创新点如下:　　1.选择大功率连续波磁控管作为固化用微波源，构建发展了一种专门应用于磁控管腔体部件的高频电磁场-热应力-静电场-带电粒子运动轨迹的耦合分析模块。采用等效电路方法推导出扇槽形谐振系统的等效电容和等效电感，发现并总结了隔模带对谐振频率和腔体品质因数的影响和内在原因。推导出扇形和扇槽形阳极叶片工作面的平均温度，设计出一种“U”型水路通道，使阳极最高工作温度降到350℃以下。模拟了磁控管谐振系统在冷态和热态下的谐振频率、品质因数以及互作用空间内电子的速度和运动轨迹。首次得到了该类磁控管的频率热漂移曲线，总结了阳极叶片温度与谐振频率间存在的类线性关系。　　2.推导归纳了矩形谐振腔的电磁场分布、谐振频率和品质因数等重要参量。根据腔体内的模式分布、微波馈入端口的布局并兼顾石材的取放方便，通过模拟微波的馈入与反射以及腔体能够激励起的谐振模式，成功研制出尺寸为2000mm×1300mm×900mm的微波固化反应器。该固化反应器的模式数量可以满足微波固化的需要，利用馈入端口的正交性设计布局避免了各端口的相互干扰，减小了微波的反射并保护了微波源。提出了两种微波传输线组合，通过计算仿真与对比，最终采用“主波导+弯波导+喇叭波导”传输组合。经一系列优化，保证了在仿真和实际应用时该传输组合均符合工作频率范围内驻波系数小于1.1的要求。同时为应对中试腔体的传输布局要求，总结出一种E-T分支渐变型波导功分器的快速设计方法。从人造石的介电特性和穿透特性角度对微波与介质的相互作用机理进行了深入研究，推导了微波穿透深度公式。应用固化反应器对小尺寸人造石样品进行微波固化实验和仿真，初步建立了输出功率、人造石尺寸与温度变化的大致关系，剖析了人造石样品出现“热点”和产生表面断裂的原因。　　3.利用局部实验方法探究了人造石各组成部分受微波辐照的影响，发现不饱和聚酯树脂吸收微波的能力最强，并确定了树脂变性的大致温度。应用固化反应器对大尺寸人造石进行微波固化实验与仿真，得到固化后人造石的功率损耗和温度分布，发现了人造石在反应器中位置的改变对整体平均温度和吸收功率的影响。通过探索和验证实验，发现经微波固化的人造石其巴氏硬度、维氏硬度、弯曲强度和抗压强度等指标均优于自然固化的人造石，并且各指标的一致性得到很大提高，尤其是线性热膨胀系数下降了20.9％。通过对监测温度与输出功率的反馈调节控制，确立了一种可靠有效的微波固化操作规范，确保经微波固化的人造石产品合格率达到100％。　　4.对固化反应器内由于电磁场分布不均匀导致微波加热不均匀的问题进行了研究。设计出一种小型的多模加热腔体，分析了介质的位置、介质的旋转等因素对提高均匀性的影响。简述了作者在除微波固化外的其它微波能应用领域，包括微波污水处理、油泥处理等方面的研究内容。