[发明专利]一种微波高通量烧结粉末块体的方法及装置

说明书

本发明公开一种微波高通量烧结粉末块体的方法及装置，属于粉末冶金材料制备和高通量材料基因工程领域，预先压制好的粉末材料块体加入装有填料的装置腔体内，抽真空或通入保护气体或通入还原气体，进行微波加热后得到高通量块体材料；本发明能够实现材料的瞬时高温，升温工艺控制精度高，安全环保，可以实现材料的高通量制备和性能提升，有利于进行材料的设计开发或者高通量筛选，同时为高性能材料的制备提供了新途径。

技术领域

本发明涉及一种微波高通量烧结粉末块体的方法及装置，属于高通量材料制备领域。

背景技术

粉末冶金材料如果能够在实现粉末快速烧结同时保证足够的致密化，尤其针对陶瓷粉末可以细化晶粒，提高材料的硬度、强度和韧性等力学性能。因此精确的控制粉末压坯的烧结工艺，实现粉体的快速高温烧结就可以得到综合性能优异的粉末冶金产品。此外，高通量材料制备方式在开发新材料，优化新工艺时具有显著的优势，可有效地加速材料研发-应用进程，是材料基因工程最为重要的研究手段。本发明结合高通量制备、微波加热和碳纳米材料的特点，在微波加热场下碳纳米材料的快速高效吸波和快速响应微波的优势，实现了粉末冶金材料的高通量制备，为材料研究和开发提供了重要的研究手段和开发工具。

发明内容

本发明采用微波辐射的加热方式，利用纳米碳基材高效吸收微波的特点，将需要进行烧结的粉体压坯放置于微波场下的纳米碳基材填料中，充分利用纳米碳基材的瞬时响应和快速散热的特点，精准控制粉体压坯的烧结工艺，为粉末冶金材料的高通量制备提供方法和研究的途径，同时，由于快速精准实现粉体压坯的致密化，制备出的材料具有良好的力学和功能特性。

本发明提供一种微波高通量烧结粉末块体的方法，具体步骤如下：

预先压制好的粉末材料块体加入装有填料的装置腔体内，抽真空或通入保护气体或通入还原气体，进行微波加热后得到高通量块体材料。

所述粉末材料块体为陶瓷粉末块体和/或金属粉末块体。

所述填料为吸波性极强的纳米碳基材料或纳米碳基材料作为载体负载了纳米磁性微粒和吸波陶瓷颗粒的复合粉体，纳米碳基材料包括工业级或者高纯的碳纳米管、石墨烯、碳纳米线、碳量子点和C60等；纳米磁性微粒为Fe、Co、Ni、Fe₃O₄等，吸波陶瓷颗粒为SiC、AlN等；填料的吸波能力比传统填料高出1-2个数量级，利用其对微波源的瞬时响应特性，可以精确的控制烧结升温速度和烧结温度，以及保温时间，同时也利用了微波加热具有无热惯性，冷热源的特点，可以实现样品的快速降温，有利于材料的快速制备和材料的高通量筛选。

所述粉末材料块体与填料的质量比不大于1:1。

所述抽真空的真空度小于等于1Pa；保护气体为氮气、氩气、氦气、氖气等惰性气氛；还原气体为氢气、一氧化碳或者其他还原性气体，或氢气、一氧化碳与惰性气体任意比例混合的混合气体。

所述微波加热的频率为300MHz-300GHz，微波的功率密度为0.1mw/cm²-100w/cm²，微波功率可以精确调控，调控精度为0.01mw，微波加热时间大于10s。

本发明还提供所述微波高通量烧结粉末块体的装置，包括微波发生器1、填料腔2、微波腔体3、高通量通道6、隔热层7、样品支架台8、红外测温仪11、中心通道12；微波腔体3外设置若干微波发生器1，微波腔体3内设置填料腔2，填料腔2内部被隔热层7分成中心位置的中心通道12和若干高通量通道6，微波腔体3顶部设有若干孔，红外测温仪11的感应端穿过孔正对中心通道12和高通量通道6内部，高通量通道6和中心通道12内设置样品支架台8。