[发明专利]一种适用于材料基因组计划的高通量热等静压装置及方法

说明书

一种适用于材料基因组计划的高通量热等静压装置，承压容器内的高温工作区在纵向上设有多个温区，每个温区内均设有发热体，与电极相连形成独立回路，各温区的功率可独立控制。本发明还提供利用所述高通量热等静压装置进行热等静压试验的方法。在热等静压处理过程中，本发明所述装置可在每个温区内实现不同成分试样在同一温度条件下的试验研究，对比不同温区则可实现同一成分试样在不同温度条件下的试验研究，大幅提高热等静压工艺研究的效率，提高新材料的筛选速度，提升研发效率，有利于新材料产品的快速推向应用。

技术领域

本发明涉及材料基因组计划技术领域，尤其涉及一种适用于材料基因组计划的高通量热等静压装置及方法。

背景技术

新材料是各工业领域的基础，工业和经济的发展越来越依赖新材料的革新。然而，目前新材料从实验室发现到形成工业化应用一般需要10～20年，严重滞后于各领域对新材料的迫切需求。面对高速发展的制造业，势必需要大幅缩短新材料从发现到应用的研发周期。为此，各科技强国均提出“材料基因组计划”，发展高通量计算技术、高通量制备技术、高通量表征技术等，力图将新材料研发周期减半，成本降低至现有的几分之一。

热等静压是一种高温高压技术，将制品放置在密闭的容器中，向制品施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压作用下，制品得以烧结和致密化。热等静压是高性能材料生产和新材料开发不可或缺的手段，欧美各国都将热等静压作为航空航天铸件等高性能材料的标准工序。

目前，利用热等静压技术对材料进行高温高压处理时，温度均匀性至关重要，特别是对于大型、特大型热等静压设备而言，工作区的尺寸大，炉温均匀性对于大批量规模化处理十分关键。而利用热等静压工艺进行新材料探索的过程中，特别是研究热等静压处理温度对材料性能的影响时，如若能够在同一炉中实现多个处理温度，便能够成倍提高研发速度，大幅降低研发成本。因此，在利用热等静压进行新材料开发的过程中，如何同时实现多温区独立控制，成为开展高通量热等静压试验研究的关键。现有的热等静压设备不能实现工作区的多温度分区，整个工作区的工作温度相同，难以满足材料基因组计划的高通量需求。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明提供一种能够满足材料基因组计划高通量需求的热等静压设备，可在同一炉内实现多个温度热等静压处理的试验，大幅提高新材料的筛选速度，提升研发效率。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种适用于材料基因组计划的高通量热等静压装置，承压容器内的高温工作区在纵向上设有多个温区，每个温区内均设有发热体，与电极相连形成独立回路，各温区的功率可独立控制。

将高温工作区在纵向上分为多个温区，每个温区的发热体组成独立回路，单独控制每区的功率分布，可以实现不同温区不同温度的功能。由于热量会自然的向上传递，因此在纵向上进行温区划分，能够实现从上至下温区的温度呈逐渐降低的趋势，尽量减少不同温区之间的影响。

进一步地，相邻的两个温区之间设有隔热板，用于隔离相邻两个温区之间的热量传递。

隔热板主要用于隔离不同温区之间的热量传递，将相邻两个温区的热传递降至最小幅度，使得不同温区之间温度保持相互独立。其形状为圆板形，直径与厚度根据热力学计算确定，且与加热体之间保持一定的距离，这样设置后，既能够最大限度的隔离相邻温区之间的热量传递，又能够使气体布满整个工作区，以便进行高通量热等静压试验。

进一步地，相邻两个温区的发热体之间设有预定距离。

根据热等静压设备的温度要求、分区设置等，通过热力学计算设计相邻两个温区的发热体之间的预定距离，在满足各温区的温度设置要求的基础上，尽量减少对其它温区的影响，除了所述预定距离外，发热体的具体尺寸和形状参数也需要根据热等静压设备的高温工作区尺寸及温度要求进行设计确定。