[發(fā)明專利]一種梯度溫度場(chǎng)多通道蜂巢陣列坩堝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710946464.5
• 申請(qǐng)日: 2017-10-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107740193B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海舟;賈云海;趙雷;王蓬;李小佳;李冬玲;陳學(xué)斌;馮光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號(hào): C30B35/00
• 分類號(hào): C30B35/00;C30B11/00;C30B28/06
• 代理公司: 北京中安信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11248
• 代理人: 李彬;張小娟

本發(fā)明屬于小尺寸樣品高通量燒結(jié)熔融制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于微波高通量微制造裝置，特別涉及一種梯度溫度場(chǎng)多通道蜂巢陣列坩堝，利用微波對(duì)粉體材料具有內(nèi)部加熱的特性，同時(shí)又利用吸波材料在微波作用下具有迅速升溫至恒定溫度的特性，將不同組分的吸波材料制備成一系列小尺寸坩堝，在同一微波能場(chǎng)作用下，每個(gè)坩堝能被加熱到不同的溫度，對(duì)粉體材料進(jìn)行輔助外部加熱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)坩堝內(nèi)的粉體材料一次性在梯度溫度場(chǎng)下的高通量燒結(jié)熔融制備，解決了現(xiàn)有材料制備方法在制備材料時(shí)組分組合單一、外部加熱效率低、材料制備的控制溫度唯一和原料使用量大成本高等問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于小尺寸樣品高通量燒結(jié)熔融制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于微波高通量微制造裝置，特別涉及一種梯度溫度場(chǎng)多通道蜂巢陣列坩堝。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的新材料研發(fā)方法可歸納為“試錯(cuò)法”，它首先基于已有的理論或經(jīng)驗(yàn)，對(duì)目標(biāo)材料的組分配比提出預(yù)測(cè)或選擇，接著對(duì)其進(jìn)行小批量制備加工(一般金屬材料需要幾十公斤)，然后根據(jù)對(duì)制備樣品的表征結(jié)果進(jìn)行組分調(diào)整優(yōu)化，再一次進(jìn)行制備和表征，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，最終獲得滿足需求的材料。這種一次實(shí)驗(yàn)，制備一個(gè)樣品的分立制樣試錯(cuò)法效率低下，且研發(fā)成本昂貴，據(jù)統(tǒng)計(jì)全球新材料研發(fā)時(shí)間平均需要5-12年,成為現(xiàn)代新材料發(fā)展的瓶頸(材料基因組計(jì)劃簡(jiǎn)介，自然雜志，2014，36(2)：89-104)。

現(xiàn)有材料制備方法(尤其是塊體材料制備技術(shù))一般為針對(duì)某種材料體系，每次制備一種組分的樣品，其制備效率低下，且制備成本高，究其原因主要是存在以下四個(gè)主要技術(shù)缺陷：

一、制備材料的組分組合單一。材料的成分對(duì)其性能起著主導(dǎo)性作用，以金屬材料的冶煉制備方法為例，現(xiàn)有方法每次只能選取一種成分組合方式進(jìn)行配料并冶煉，大大降低確定最優(yōu)成分組合配比條件的效率。

二、材料制備時(shí)外部加熱的效率低下。傳統(tǒng)加熱方法是利用外部熱源通過(guò)熱輻射由外到內(nèi)逐漸傳導(dǎo)加熱，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能將環(huán)境溫度提升到設(shè)定度數(shù)，而且材料體積大小、熱導(dǎo)率等參數(shù)也將影響材料溫度提升和受熱均勻化的效率，因此這種輻射加熱方式加熱時(shí)間長(zhǎng)、加熱的效率低。

三、材料制備的控制溫度唯一。溫度條件的控制是材料制備的關(guān)鍵因素，溫度過(guò)低，各種組分不能完全熔融，將產(chǎn)生組分不均勻、團(tuán)聚、夾雜、缺陷等現(xiàn)象，溫度過(guò)高，易導(dǎo)致去除雜質(zhì)困難且增加能耗，現(xiàn)有方法一次制備只能選擇一個(gè)溫度，大大降低選取最優(yōu)制備溫度條件的效率。

四、制備單體樣品的原料使用量大導(dǎo)致成本較高。在研發(fā)階段的新材料小批量試制在某種程度上其單體樣品使用量也很大，如金屬材料所試制的單體質(zhì)量一般也在幾十公斤，而且需反復(fù)多次試驗(yàn)，這是造成研發(fā)成本居高不下的主要原因。

微波屬于電磁波，其與物質(zhì)相互作用時(shí)可促使物質(zhì)中的微觀粒子發(fā)生運(yùn)動(dòng)，并將微波的電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑥亩鴮?shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的加熱，與外部輻射加熱不同，微波可同時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行內(nèi)外加熱。微波加熱不但具有物料選擇特性、升溫速率快、加熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，而且還能夠降低反應(yīng)溫度，縮短反應(yīng)時(shí)間，促進(jìn)節(jié)能降耗；同時(shí),由于其本身不產(chǎn)生任何氣體，它還是一種綠色高效的加熱方法(彭金輝，楊顯萬(wàn)：微波能新應(yīng)用[M].昆明:云南科技出版社，1997:75-78.)。

材料高通量制備是材料基因組計(jì)劃的重要組分部分，其任務(wù)是在短時(shí)間內(nèi)一次性制造具有成千上百種組合的材料微芯片。后續(xù)再采用不同表征方法快速篩查出符合目標(biāo)需求的組合方式，其核心思想是將傳統(tǒng)材料研究中采用的順序迭代方法改為并行處理，以量變引起材料研究效率的質(zhì)變(王海舟，汪洪，丁洪，項(xiàng)曉東，向勇，張曉琨：材料的高通量制備與表征技術(shù)[J].科技導(dǎo)報(bào)，2015，33(10)：31-49)。但是采用微波對(duì)粉體材料內(nèi)外同時(shí)加熱，且通過(guò)微波作用產(chǎn)生梯度溫度場(chǎng)并進(jìn)行高通量微制造的方法，至今還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容