微波热失控是阻碍微波快速成型这一高效、节能、绿色的快速材料制备技术应用于工业生产的瓶颈难题。研究微波作用下的金属热失控行为及其热动力学原理，对于微波热失控的预防、抑制和调控有着重要意义。本文首先分析了微波技术自身的特点和研究热失控原理的挑战，阐明了开展时间分辨同步辐射断层扫描(SR-CT)微波快速成型实验并基于真实实验数据进行数值模拟是研究微波热失控原理的关键。然后改进了现有的微波烧结SR-CT实验设备和方法，研制了针对金属微波热失控快速微结构演化行为的时间分辨SR-CT实验设备，发展了配套的数据重建和三维结构配准方法，开展了对金属和合金材料的微波快速成型SR-CT在线实验。基于对金属材料微波热失控行为的定量表征，分析了导致金属材料在微波场中发生热失控的主导机制，探讨了金属微波快速成型过程中的主导驱动力演变规律。并且，通过将陶瓷相引入金属微波快速成型过程，研究了陶瓷相对金属微波热失控行为的调控机制，分析了其热力学原理。最后，通过对研究内容的总结，讨论了金属微波热失控机制进一步深入研究的方向和其在工业上的应用。本文的主要研究内容如下:　　一、研制了针对微波热失控行为的时间分辨SR-CT微波快速成型实验设备，发展了配套的实验方法，为研究金属材料在微波场中的热失控快速微结构演化行为提供了途径。改进了现有微波烧结SR-CT实验设备，通过设计集中式辅助加热系统，实现保持微波场型条件下的快速升温。通过改进旋转传动系统，解决了时间分辨SR-CT过程的样品不稳定问题。通过基于少量信息的AFBP-TVM精确重建算法和基于样品特征的三维匹配算法，获取了高质量的热失控过程样品三维微结构演化数据。　　二、开展了金属材料的微波快速成型实验，实现了对微波热失控过程的在线跟踪，提出了热失控过程中的局部等离子体驱动机制。在对金属材料的微波快速成型SR-CT实验中，通过对微结构演化过程的分析，发现了热失控过程中存在不同的烧结驱动力。通过定量提取微结构特征和动力学参数，结合有限元模拟，验证了金属颗粒的涡流损耗理论，并提出了金属的局部等离子体驱动机制是热失控的主导驱动机制。探讨了金属微波快速成型过程中的主导驱动力演变规律。　　三、在金属材料中引入陶瓷相，研究了陶瓷相对金属微波快速成型微结构演化行为的调控作用。通过引入具有不同介电性能的陶瓷相，发现陶瓷相可以大幅影响金属烧结过程。低介电损耗的陶瓷相可以通过改变微波电磁场分布，产生微波通道和微波透镜效应，从而提高烧结效率。高介电损耗的陶瓷相可以通过选择性加热在样品中产生热点，从而抑制微波热失控的发生，使烧结过程稳定化。进一步借助对添加不同电磁性能陶瓷相的有限元数值模拟，系统地分析了陶瓷相对金属微波热失控快速微结构演化行为的调控作用。