一种多组分材料的高通量微制造方法技术

本发明专利技术属于材料高通量制备及热加工技术领域，特别涉及一种基于微波能控温度梯度场的多组分材料的高通量微制造方法。本发明专利技术利用微波能场加热，具有物料选择灵活、升温速率快、加热效率高等特点，实现一次性在相同温度场下快速制备具有多种组分的小尺寸块体组合材料，以及实现材料一次性在不同温度梯度场下的高通量烧结熔融制备和高通量热处理的微制造方法。本发明专利技术解决了现有的材料制备方法在制备材料的组分组合单一、材料制备时外部加热的效率低下、材料制备的控制温度唯一、材料热处理的控制温度单一和制备样品的原料使用量大成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多组分材料的高通量微制造方法
本专利技术属于材料高通量制备及热加工
，特别涉及一种基于微波能控温度梯度场的多组分材料的高通量微制造方法，利用微波能场，实现一次性在相同温度场或不同温度梯度场下快速合成具有多种组分的小尺寸块体组合材料样品，以及对小尺寸片状材料样品进行快速批量热处理。
技术介绍
传统的新材料研发方法可归纳为“试错法”，它首先基于已有的理论或经验，对目标材料的组分配比提出预测或选择，接着对其进行小批量熔融、冶炼、热处理等制备加工(一般金属材料需要几十公斤)，然后根据对制备样品的表征结果进行组分调整优化，再一次进行制备和表征，经过多次循环，最终获得满足需求的材料。这种一次实验，制备一个样品的分立制样试错法效率低下，且研发成本昂贵，据统计全球新材料研发时间平均需要5-12年,成为现代新材料发展的瓶颈(材料基因组计划简介，自然杂志，2014，36(2)：89-104)。现有材料制备方法(尤其是块体材料制备技术)一般为针对某种材料体系，每次制备一种组分的样品，其制备效率低下，且制备成本高，究其原因主要是存在以下五项主要技术缺陷：一、制备材料的组分组合单一。材料的成分对其性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多组分材料的高通量微制造方法，其特征在于：该方法为材料一次性在不同温度梯度场下或相同温度梯度场下的高通量烧结熔融制备或热处理，步骤如下：(1)原料准备准备多个相同组分或不同组分的样品原料；(2)将上述具有相同或不同成分组合的原料放置到阵列坩埚内，然后将阵列坩埚放入微波控温加热炉的微波腔体(1)内的载物平台(4)上；(3)微波腔体的真空化加热前先通过真空抽气口(6)对微波腔体(1)进行抽真空；(4)加载微波能场加热原料通过微波源发生器(2)使阵列坩埚中的每个单体坩埚达到设计温度，使其中的原料在梯度温度场或相同温度场下进行热烧结熔融制备或热处理；其中，所述阵列坩埚中的相邻单体坩埚是由具有梯度变...

【技术特征摘要】
1.一种多组分材料的高通量微制造方法，其特征在于：该方法为材料一次性在不同温度梯度场下或相同温度梯度场下的高通量烧结熔融制备或热处理，步骤如下：(1)原料准备准备多个相同组分或不同组分的样品原料；(2)将上述具有相同或不同成分组合的原料放置到阵列坩埚内，然后将阵列坩埚放入微波控温加热炉的微波腔体(1)内的载物平台(4)上；(3)微波腔体的真空化加热前先通过真空抽气口(6)对微波腔体(1)进行抽真空；(4)加载微波能场加热原料通过微波源发生器(2)使阵列坩埚中的每个单体坩埚达到设计温度，使其中的原料在梯度温度场或相同温度场下进行热烧结熔融制备或热处理；其中，所述阵列坩埚中的相邻单体坩埚是由具有梯度变化吸收微波能的材料制成，或者由具有相同吸收微波能的材料制成。2.根据权利要求1所述的多组分材料的高通量微制造方法，其特征在于：该方法为材料一次性在不同温度梯度场下或相同温度梯度场下的高通量烧结熔融制备，步骤如下：(a)材料粉末的混合称取一系列规定质量的母体材料粉末和欲添加元素或组分粉末，按一定的设计配比关系混合均匀，以制取具有不同成分组合的混合粉体材料(9)系列；(b)将具有不同成分组合的混合粉体材料(9)系列填充至蜂巢阵列坩埚(3)，然后将蜂巢阵列坩埚(3)放入微波控温加热炉的微波腔体(1)内的载物平台(4)上；(c)微波腔体的真空化加热前先通过真空抽气口(6)对微波腔体(1)进行抽真空；(d)加载微波能场加热粉体材料通过微波源发生器(2)使蜂巢阵列坩埚(3)中的每个单体蜂房坩埚(8)达到设计温度，使其中的混合粉体材料(9)在梯度温度场或相同温度场下进行热烧结熔融制备；其中，所述蜂巢阵列坩埚(3)中的相邻单体蜂房坩埚(8)是由具有梯度变化吸收微波能的材料制成，或者由具有相同吸收微波能的材料制成。3.根据权利要求2所述的多组分材料的高通量微制造方法，其特征在于：所述步骤(a)中，母体材料粉末和欲添加元素或组分粉末的粒度为1nm-100μm。4.根据权利要求2所述的多组分材料的高通量微制造方法，其特征在于：所述步骤(b)中，蜂巢阵列坩埚(3)包括由微波可穿透材料制成的蜂巢阵列主体(7)和多个排列在蜂巢阵列主体(7)中的单体蜂房坩埚(8)，多个单体蜂房坩埚(8)相邻且不接触地排列成正六边形的蜂巢阵列。5.根据权利要求2所述的多组分材料的高通量微制造方法，其特征在于：所述步骤(c)中，真空压力为0.01-1Pa。6.根据权利要求2所述的多组分材料的高通量微制造方法，其特征在于：所述步骤(c)中，真空化后，通过保护气体进气口(5)充入保护气体，使微波腔体(1)处于保护气体平衡气氛保护下再施加微波场进行加热。7.根据权利要求6所述的多组分材料的高通量微制造方法，其特征在于：所述保护气体选自氦、氖、氩、氪、氙和氮中的一种。8.根据权利要求2所述的多组分材料的高通量微制造方法，其特征在于：所述步骤(d)中，通过微波源发生器(2)首先施加0～500瓦的低功率微波能，持续5±2分钟，促使蜂巢阵列坩埚(3)及混合粉体材料(9)充分吸收微波能而缓和升温；然后施加501～2000瓦的中等...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海舟，贾云海，赵雷，陈学斌，李冬玲，王蓬，冯光，李小佳，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11