一种基于活字印刷术思想开发的高通量熔化烧结装置方法

摘要

本发明属于材料高通量实验制备设备技术领域，公开了一种基于活字印刷术思想开发的高通量熔化烧结装置方法，包括坩埚架板，坩埚架板上表面设有若干呈矩阵排列的方格状的限位孔，坩埚架板上表面位于限位孔的外周均布有多个安装孔，坩埚架板下表面位于安装孔下方设有与安装孔配合的支撑脚；使用时，将待烧结的粉体置于坩埚内，再将坩埚整齐的排列在限位孔内，根据烧结的粉体的数量选取对应的坩埚架板，将多个坩埚架板进行叠加，使得上方的坩埚架板下表面的支撑脚位于下方的坩埚架板上表面的安装孔内；再将坩埚架板放入高温炉内进行烧结。本发明解决了现有技术单词烧结的样品少，导致效率低的问题。

说明书

技术领域

本发明属于材料高通量实验制备设备领域，具体涉及一种基于活字印刷术思想开发的高通量熔化烧结装置方法。

背景技术

自二十世纪八十年代起，技术的革新和经济的发展越来越依赖新材料的进步。目前，从新材料的最初发现到最终工业化的过程中，很明显，新材料产品的研发应用严重滞后于新材料的研发速度。当前，面对竞争激励的制造业和快速的经济发展，必须缩短新材料从发现到应用的研发周期。然而，当前的新材料研发主要依据研究者的科学直觉和大量重复的“尝试法”实验，重复的“尝试法”实验，需要的时间较长，因此会使得研发周期较长。

因此欧盟、日本、俄罗斯、中国等世界上主要国家都相继提出了自己的材料基因工程计划。材料基因工程，是指借鉴人类基因组计划，探究材料结构与材料性质变化的关系；并通过调整材料的原子或配方、改变材料的堆积方式或搭配，结合不同的工艺制备，得到具有特定性能的新材料。

缩短材料从研发到应用的周期，加速材料研发应用速度，降低材料研发成本是材料基因工程的初期目标，材料基因工程的终极目标是实现材料研发的智能化和数字化。“材料高通量实验”是“材料基因工程”中不可或缺的一部分，其可为材料模拟计算提供材料性能参数，验证计算结果，加速材料优化。在“材料基因工程”领域中，“材料高通量实验”是一种不同于传统的材料研究中试错的顺序迭代方法，“材料高通量实验”，是指将大量实验并行处理，以量变引起材料研究效率的质变的方法。

烧结便是材料研究中不可或缺的一种工艺。烧结，是指把粉状物料转变为致密体，是一个传统的工艺过程。通常人们利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。在传统的烧结过程中，烧结用的高温炉单次实验烧结的样品少，因此会导致高温炉空间未能有效利用，在面对高通量实验时费时费力。

发明内容

本发明意在提供一种基于活字印刷术思想开发的高通量熔化烧结装置方法，以解决现有技术单词烧结的样品少，导致效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种基于活字印刷术思想开发的高通量熔化烧结装置，包括坩埚架板，坩埚架板上表面设有若干呈矩阵排列的方格状的限位孔，坩埚架板上表面位于限位孔的外周均布有多个安装孔，坩埚架板下表面位于安装孔下方设有与安装孔配合的支撑脚。

本发明的又一基础方案，基于活字印刷术思想开发的高通量熔化烧结装置的使用方法，包括以下步骤：将待烧结的粉体置于坩埚内，再将坩埚整齐的排列在限位孔内，根据烧结的粉体的数量选取对应的坩埚架板，将多个坩埚架板进行叠加，使得上方的坩埚架板下表面的支撑脚位于下方的坩埚架板上表面的安装孔内；再将坩埚架板放入高温炉内进行烧结。

本技术方案技术特征的效果：

坩埚架板作为整个装置的主体，限位孔用于放置坩埚，从而便于粉体的烧结，同时将限位孔设置呈方格状，能够使得限位孔既能够放置圆形坩埚，又能够放置方形坩埚。并且限位孔呈矩阵排列，能使得坩埚架板上能放置更多的坩埚，同时能够有规律的放置装有粉体的坩埚，能实现对不同的粉体有规律的放置，避免放置有不同粉体的坩埚弄混。

通过设置安装孔能够用于安装支撑脚，通过将支撑脚放置在安装孔内能实现多个坩埚架板的重叠，从而能实现同时的大量的粉体进行烧结，以适应于现目前提出的“材料高通量实验”，提高粉体烧结的效率。

本技术方案的原理：

通过将装有粉体的坩埚架板放置在限位孔内，并将多个坩埚架板重叠，能实现对多组粉体进行烧结，从而能够提高烧结的效率。当坩埚架板上的坩埚内的粉体受到污染时，能够将受到污染的坩埚取出，再放入新的装有粉体的坩埚，能够避免剩下的坩埚内的粉体受到影响，在节约成本的同时能够提高效率。

本技术方案的有益效果：

1、通过设置限位孔，能够对坩埚进行限制，避免在烧结的过程中坩埚从坩埚架板上滑落导致的粉体散落的情况出现；

2、通过将限位孔呈矩阵排列，能在坩埚架板上设置更多的限位孔，并且限位孔整齐的排列能够使得对粉体进行试样烧结时，避免粉体弄混；

3、通过将限位孔设置成方格状，能够放置方形的坩埚，也能够放置圆形的坩埚；

4、通过设置安装孔和支撑脚，并通过安装孔与支撑脚的配合，能够实现多层坩埚架体的重叠，从而实现在一个高温炉内进行多组试样的烧结，从而能够提高烧结的效率；

5、本技术方案在单位时间内能同时进行上百组不同成分、种类的粉体烧结，同时对于发生污染的样品，方便取出，更换未污染的样品，这使得实验效率有很大提高；并且结构简单，可根据实验需要，烧结炉空间大小自由确定层数，使用方便。

6、本技术方案以古代的印刷方法活字印刷术为基础，进行改进，能够根据需要对坩埚进行更换，或者进行不同的排列，同时能够同时进行多组烧结实验。

进一步，所述坩埚架板为耐高温陶瓷材料。

有益效果：耐高温陶瓷材料的耐高温程度能高达1300℃，而粉体烧结时温度最高能达到900℃，因此能够避免坩埚架板受损。

进一步，所述坩埚架板为氧化铝或氮化硼材质。

有益效果：氧化铝的熔点为2050℃，氮化硼的熔点为3000℃，均具有很好的耐高温性。

进一步，所述限位孔按照6x6-10x10的矩阵排列。

有益效果：能够实现多组烧结实验同时进行。

进一步，所述支撑脚底部呈圆形或方形。

有益效果：方便对支撑脚进行固定。

附图说明

图1是本发明中坩埚架板单层示意图；

图2是本发明中坩埚架板单层放置方形坩埚示意图；

图3是本发明中坩埚架板四层整体示意图；

图4是本发明中坩埚架板四层放置方形坩埚示意图；

图5为本发明图1中坩埚架板的剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：坩埚架板1、安装孔11、限位孔12、储气腔13、导气孔14、排气孔15、支撑脚2、空腔21、进气口22、吸气孔23、进气孔24、套筒3、通孔31、活塞桶4、活塞41、推杆42、挡块5、坩埚6。

实施例基本如附图1所示：

如图5所示，一种基于活字印刷术思想开发的高通量熔化烧结装置，包括坩埚架板1，坩埚架板1为耐高温材料中的氧化铝或氮化硼材质，本实施例为氧化铝材质。坩埚架板1上表面设有呈矩阵排列的方格状的限位孔12，限位孔12呈8x8的矩阵排列。坩埚架板1上表面设有限位孔12外周均布有八个呈方形或圆形的安装孔11，本实施例中安装孔11呈圆形。坩埚架板1下表面的安装孔11下方设有与安装孔11配合的支撑脚2。

坩埚架板1内设有储气腔13，坩埚架板1内设有将安装孔11与储气腔13连通的导气孔14。安装孔11内滑动连接有套筒3，套筒3侧壁设有可与导气孔14配合的通孔31；套筒3底部与安装孔11底部之间设有弹簧。

支撑脚2内设有空腔21，支撑脚2顶端设有与空腔21连通的进气口22，坩埚架板1底部设有将进气口22与储气腔13连通的排气孔15。空腔21包括两个导气段和位于两个导气段之间的吸气段，吸气段的直径小于导气段的直径，支撑脚2上设有与吸气段连通的吸气孔23，支撑脚2下部设有与导气段连通的进气孔24。

支撑脚2上位于吸气孔23下方可拆卸连接有活塞桶4，活塞桶4内滑动连接有活塞41，活塞桶4内注有氮气。活塞41上设有推杆42，推杆42上设有与吸气孔23配合的挡块5。

本发明一种基于活字印刷术思想开发的高通量熔化烧结装置的使用方法，包括以下步骤：

当需要进行1-64组样品烧结实验时，如图1所示，选取一块坩埚架板1，将待烧结的粉体置于坩埚6内，如图2所示，再将坩埚6整齐的排放在坩埚架板1上的限位孔12内，并将支撑脚2上的活塞桶4取下，并利用挡块5将吸气口进行阻挡。再将坩埚架板1放置在高温炉内进行烧结。

当需要进行64-256组的样品烧结实验时，如图3所示，选取四个坩埚架板1，并将粉体置于坩埚6内，如图4所示，再将坩埚6整齐的排列在限位孔12内；同时将活塞桶4安装在底部的坩埚架板1的支撑脚2上。再将多个坩埚架板1重叠，使得上方的坩埚架板1上的支撑脚2位于下方的坩埚架板1的安装孔11内。支撑脚2位于安装孔11内时，在坩埚架板1和坩埚6的重力作用下，使得安装孔11内的套筒3下移，从而使得套筒3上的通孔31通过导气孔14与下方的坩埚架板1的储气腔13连通；再将活塞桶4安装在底部的坩埚架板1的支撑脚2上。

再将坩埚架板1放置在高温炉内，将抽风机的出风口与底部的支撑脚2上的进气孔24连通。在对粉体进行烧结时，高温炉内的温度升高，使得活塞桶4内的惰性气体膨胀，从而使得活塞41带动挡块5移动，使得挡块5与底部的支撑脚2上的吸气孔23错开，方便热气进入支撑脚2的空腔21内。抽风机将高温炉排出的气体抽取，再导入支撑脚2的空腔21内。两个导气段和吸气段组成的空腔21形成文丘里管，根据伯努利原理，将高温炉内的高温气体导入空腔21内，再通过进气口22和排气孔15将高温气体导入储气腔13内，并通过储气腔13进入与之连通的上方的支撑脚2内的空腔21内，从而依次将高温气体导入上方的坩埚架板1的储气腔13内。能够使得上部的坩埚架板1上的坩埚6受热均匀，从而使得烧结的效果更佳。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本专利实施的效果和专利的实用性。