[发明专利]一种相同温度场多通道蜂巢阵列坩埚

说明书

本发明属于小尺寸样品高通量烧结熔融制备技术领域，涉及一种基于微波高通量微制造装置，特别涉及一种相同温度场多通道蜂巢阵列坩埚，利用微波对粉体材料具有内部加热的特性，同时又利用吸波材料在微波作用下具有迅速升温至恒定温度的特性，将相同组分的吸波材料制备成一系列小尺寸坩埚，在同一微波能场作用下，每个坩埚能被加热到相同的温度，对粉体材料进行辅助外部加热，从而实现对坩埚内的粉体材料一次性在相同温度场下的高通量烧结熔融制备，解决了现有材料制备方法在制备材料时组分组合单一、外部加热效率低和原料使用量大成本高等问题。

技术领域

本发明属于小尺寸样品高通量烧结熔融制备技术领域，涉及一种基于微波高通量微制造装置，特别涉及一种相同温度场多通道蜂巢阵列坩埚。

背景技术

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三个主要技术缺陷：

一、制备材料的组分组合单一。材料的成分对其性能起着主导性作用，以金属材料的冶炼制备方法为例，现有方法每次只能选取一种成分组合方式进行配料并冶炼，大大降低确定最优成分组合配比条件的效率。

二、材料制备时外部加热的效率低下。传统加热方法是利用外部热源通过热辐射由外到内逐渐传导加热，需要较长时间才能将环境温度提升到设定度数，而且材料体积大小、热导率等参数也将影响材料温度提升和受热均匀化的效率，因此这种辐射加热方式加热时间长、加热的效率低。

三、制备单体样品的原料使用量大导致成本较高。在研发阶段的新材料小批量试制在某种程度上其单体样品使用量也很大，如金属材料所试制的单体质量一般也在几十公斤，而且需反复多次试验，这是造成研发成本居高不下的主要原因。

微波属于电磁波，其与物质相互作用时可促使物质中的微观粒子发生运动，并将微波的电磁能转变为热能，从而实现对物质的加热，与外部辐射加热不同，微波可同时对样品进行内外加热。微波加热不但具有物料选择特性、升温速率快、加热效率高等优点，而且还能够降低反应温度，缩短反应时间，促进节能降耗；同时,由于其本身不产生任何气体，它还是一种绿色高效的加热方法(彭金辉，杨显万：微波能新应用[M].昆明:云南科技出版社，1997:75-78.)。

材料高通量制备是材料基因组计划的重要组分部分，其任务是在短时间内一次性制造具有成千上百种组合的材料微芯片。后续再采用不同表征方法快速筛查出符合目标需求的组合方式，其核心思想是将传统材料研究中采用的顺序迭代方法改为并行处理，以量变引起材料研究效率的质变(王海舟，汪洪，丁洪，项晓东，向勇，张晓琨：材料的高通量制备与表征技术[J].科技导报，2015，33(10)：31-49)。但是采用微波对粉体材料内外同时加热进行高通量微制造的方法，至今还未见报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种相同温度场多通道蜂巢阵列坩埚，利用微波对粉体材料具有内部加热的特性，同时又利用吸波材料在微波作用下具有迅速升温至恒定温度的特性，将相同组分的吸波材料制备成一系列小尺寸坩埚，在同一微波能场作用下，每个坩埚能被加热到相同的温度，对粉体材料进行辅助外部加热，从而实现对坩埚内的粉体材料一次性在相同温度场下的高通量烧结熔融制备。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：