[发明专利]一种热处理用衬底、衬底的制备方法和应用有该衬底的热处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料热处理技术领域，尤其涉及高通量微区快速热处理技术领域，具体涉及一种热处理用的衬底，本发明还涉及该衬底的制备方法，以及一种应用有该衬底的热处理装置。

背景技术

热处理是将材料通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种材料加工工艺，它可以对材料的缺陷、应力、结构、形貌等都产生重要影响，具有广泛的应用。现有热处理工艺多采用各式炉体结构，如管式炉、箱式炉、马弗炉等，该类装备具有加热面积大的特点，适用于大面积材料样品的热处理。然而材料研究过程中往往需要进行多材料样品、多参数的实验，这种情况下采用现有的热处理装置往往需要进行大量的实验，消耗大量的人力、物力和能源，耗时费力。

高通量组合材料制备与表征技术作为一种高效的材料研究方法，近年来广受重视。它通过在单一的小面积衬底上集成成千上万组材料样品，形成组合材料芯片以供研究。这种制备方法可以大幅度提高材料样品制备通量，提高研究效率，但是这种组合材料芯片上单个材料样品的面积通常都较小，有时仅为微米至毫米量级。申请公布号为CN104498677A(申请号为201510002879.8)的中国发明专利申请《一种高通量微区快速热处理设备及其热处理方法》，其公开的热处理设备中，采用激光作为辐照加热源对组合材料芯片进行微区热处理，利用激光热处理急热急冷的特点实现热处理区域可控，通过调节激光加热源的强度和频率分别对高通量材料中每单个材料样品进行加热，可以实现组合材料芯片的微区快速热处理。由于用于加热的激光往往是具有某一固定波长的，而组合材料库中具有不同成分、结构的材料对于该波长的激光可能具有不同的吸收系数、吸收率等，导致不同材料在相同实验条件下所经历的实际热处理过程可能存在差异，降低了高通量实验的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的第一技术问题是针对上述现有技术提供一种能够替代材料样品直接受辐照而被加热的微区热处理方式，而通过标准吸收层将辐照光能转变为热能，再通过固体热传导进行材料加热处理的衬底。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种制备能够进行光-热能量转换，并通过热传导进行材料加热处理的衬底的方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够利用上述衬底进行材料热处理的热处理装置。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种衬底，其特征在于：包括包括由对辐照加热源的辐照波长基本无吸收的材料制成的基板、由对加热源辐射波具有高吸收率和吸收系数的材料制成的吸收层、用于阻挡所述基板或吸收层中所包含离子、原子向材料样品迁移的扩散阻挡层，所述吸收层和所述扩散阻挡层叠放设置在所述基板上。

优选地，为了方便调整不同材料样品的加热参数，所述吸收层为一整体单元或者包括多个独立的吸收单元，多个所述吸收单元间隔排列设置在所述基板上。

为了降低各材料样品加热过程中的相互影响，所述扩散阻挡层为一整体单元或者包括多个独立的阻挡单元，每个阻挡单元对应一个吸收单元叠放设置。

根据不同的材料加热要求，为了方便调整加热参数，所述基板至少设置有一层基板叠层，所述吸收层至少设置有一层吸收叠层，所述扩散阻挡层至少设置有一层阻挡叠层。

可选择地，每层所述基板叠层由硅片、钠钙玻璃、石英玻璃、刚玉、硼硅玻璃、蓝宝石、红宝石、硫化玻璃中的一种或者至少两种组合的材料制成；

每层吸收叠层由Si、a-Si、Ge、SiC、SiGe、a-C、GaAs、Ti、SiO₂、Au、Ag、W、Mo、Ti、Cr、Pt、ZnO、TiO₂、Cr₂O₃、Al₂O₃中的一种或者至少两种组合的材料制成；

每层阻挡叠层由Ti基、Ta基、W基、Zr基、Pt基、Cr基、Mo基、Co基的氮化物、氧化物、硅化物中的一种或者至少两种组合的材料制成。

优选地，所述基板厚度为0.1mm～5mm；所述吸收层厚度为10nm～10μm，所述扩散阻挡层厚度为10nm～10μm。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种衬底制备的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、提供对辐照加热源的辐照波长基本无吸收的材料制成的基板；

步骤二、根据吸收层和扩散阻挡层在基板上的叠放顺序，分别在基板上按照吸收层的分布设计沉积吸收层、按照扩散阻挡层的分布设计沉积扩散阻挡层。