[发明专利]热-电耦合超构材料组件、复合垫块及金刚石烧结装置

说明书

本发明涉及热‑电耦合超构材料组件、复合垫块及金刚石烧结装置，其中热‑电耦合超构材料组件包括导电部以及隔热部，导电部由导电材料制备，隔热部由隔热材料制备。上述导电部包括连接体以及两个板片体，两个板片体呈板状结构且两个板片体相对设置，连接体位于两个板片体之间且两端分别连接两个板片体。上述隔热部位于两个上述板片体之间设置。上述连接体贯穿该隔热部设置。而复合垫块为该热‑电耦合超构材料组件结构，金刚石烧结装置为应用了该复合垫块的金刚石烧结装置。本发明通过板片体配合连接体实现良好的导电性能，而由于隔热部的存在，又能实现良好的隔热性能，物理理论方面实现了电和热的路径分离。

技术领域

本发明涉及电热烧结设备，具体涉及热-电耦合超构材料组件、复合垫块及金刚石烧结装置。

背景技术

传统的物质靠电子导热又导电，所以高导电率必然伴随高导热率，即缺乏一种导电性能好但是导热性能差，即导电性能好又隔热保温的结构。

现有的电热烧结设备，具体如金刚石结块烧结中用的热压烧结装置等，需要依靠电极为位于烧结腔体内的工件（常见工件为内部带有带压制金刚石刀头的模具）等结构提供电流，依靠电流经过电阻率高的材料发热提供高温环境，再辅以加压机构通过两个电极对工件施压提供高压环境，进而实现工件内的金刚石结块的烧结。现有的结构中为了在两个电极所在的烧结腔体开口处避免温度过低，一般在电极与刀头之间会设置石墨垫块，石墨电阻率高，通过石墨垫块发热和拉长导热路径降低工件朝向两个电极所在位置的端部的温度与其中部之间温度的温差。石墨垫块发热量大，即供石墨发热的能量存在能量浪费的问题；其次，石墨垫块热导率高同时导热面积大导致热量/能量损失大同时加工工件内部同样存在较大温差。

发明内容

本发明提供热-电耦合超构材料组件、复合垫块及金刚石烧结装置，以解决上述问题。

本发明采用如下技术方案：

一种热-电耦合超构材料组件，包括导电部以及隔热部，导电部由导电材料制备，隔热部由隔热材料制备。上述导电部包括连接体以及两个板片体，两个板片体呈板状结构且两个板片体相对设置，连接体位于两个板片体之间且两端分别连接两个板片体。上述隔热部位于两个上述板片体之间设置。上述连接体贯穿该隔热部设置。

由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明通过板片体配合连接体实现良好的导电性能，而由于隔热部的存在，又能实现良好的隔热性能，物理理论方面实现了电和热的路径分离。

在物理理论方面，传统的材料特别是金属，电子即是导电的载体也是导热的载体，从而导电和导热是同样的路径。根据维德曼-弗兰兹定律，金属热导率和电导率之比正比于温度，而且比例常数的值不依赖于具体的金属种类，即,其中 为洛伦兹常量。其核心在于金属内导电和导热路径不能分离。同时要获得 即导电良好导热不好的材料超过了自然界材料的范畴。本发明复合垫块之所以称为超构材料是因为在结构内部实现了热流通道和电流通道的分离，同时实现了。

进一步地：

上述导电部为金属和/或金属氧化物制备的导电体，常见如银、铜、铝的氧化物乃至复合材料等制备的导电体。

上述隔热部套设于上述连接体外。

上述隔热部为由不定型隔热耐火材料在上述连接体外且位于两个上述板片体之间的空间成型的结构或者为按照所需几何形状预先制备的定型隔热耐火结构。

上述导电部为铜制导电部。上述连接体为柱状结构（如圆柱状结构或者为棱柱状结构等）设置，连接体设有一个，连接体两端端部分别连接于两个上述板片体相对的一侧侧面中部。

一种用于金刚石烧结装置的复合垫块，该复合垫块为上述热-电耦合超构材料组件结构设置。复合垫块的两个上述板片体分别邻近金刚石烧结装置的电极以及工件设置。