CN109001047A - 适用于材料基因组计划的新型热等静压装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于材料基因组计划的新型热等静压装置及使用方法，其中，包括：第一壳体；高压容器，其设置在第一壳体内，高压容器上下两端开口；加压腔，其绕设在高压容器内腔内，加压腔一侧分别连接有第一压缩机和储气罐，第一压缩机和储气罐通过管道连通；冷却腔，其绕设在高压容器外侧，冷却腔连接有制冷装置；加热装置，其设置在高压容器内，加热装置包括底座、电加热板以及置料腔；温控装置，其包括温度传感器和控制面板；控制面板上设置有显示屏和温度调节按钮。本发明装置能够实现在材料基因组计划试验中对新材料进行高通量多温度的热等静压处理试验，提高试验的效率和准确性。

Description

适用于材料基因组计划的新型热等静压装置及使用方法

技术领域

本发明涉及材料基因组计划技术领域，特别涉及一种适用于材料基因组计划的新型热等静压装置及使用方法。

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，并且难以精确控制所需高压的压强环境，对试样热等静压处理后的冷却效果较差，经常难以避免产生误差。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种适用于材料基因组计划的新型热等静压装置及使用方法，能够实现在材料基因组计划试验中对新材料进行高通量多温度的热等静压处理试验，提高试验的效率和准确性。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供一种适用于材料基因组计划的新型热等静压装置，包括：

第一壳体；

高压容器，其设置在所述第一壳体内，所述高压容器上下两端开口，所述高压容器一侧分别连接有第一压缩机和储气罐，所述第一压缩机和所述储气罐通过管道连通；

加压腔，其绕设在所述高压容器内腔内；

冷却腔，其绕设在所述高压容器外侧，所述冷却腔连接有制冷装置；

加热装置，其设置在所述高压容器内，所述加热装置包括底座、电加热板以及置料腔；所述底座设置在所述高压容器底部；所述置料腔设置在所述底座上，所述置料腔上端开口，所述置料腔内部由竖直设置的隔热板分隔为多个反应区，每个所述反应区内又由隔板分隔为多个试样腔；所述电加热板分别设置在各个所述反应区底部，相邻两个所述反应区底部的所述电加热板之间设置有预设间隔；

温控装置，其包括温度传感器和控制面板；所述温度传感器设置在所述置料腔底部；所述控制面板设置在所述第一壳体外侧，所述控制面板上设置有显示屏和温度调节按钮，所述温度调节按钮设置的数量与所述反应区的数量保持一致；所述控制面板内设置有相互连接的处理模块和判断模块，所述判断模块与所述温度传感器连接，所述处理模块分别与所述显示屏、所述温度调节按钮以及所述电加热片连接。

优选的是，所述制冷装置包括第二壳体、蒸发器和冷凝器和第二压缩机，所述第二壳体设置在所述第一壳体外侧，所述蒸发器安装在所述冷却腔内，所述冷凝器和所述第二压缩机安装在所述第二壳体内，所述第二压缩机和所述冷凝器分别通过管道与所述蒸发器连接，所述第二压缩机的顶部通过管道连接所述冷凝器。

优选的是，所述电加热板之间的预设间隔为5-10cm。

优选的是，所述第一压缩机通过第一支管与所述加压腔连接，所述第一支管上设置有第一阀门，所述第一阀门一侧设置有第一压力传感器；所述第一压缩机通过第二支管与所述储气罐连通，所述第二支管上设置有第二压力传感器；所述储气罐通过第三支管与所述加压腔连通，所述第三支管上设置有第二阀门。

优选的是，所述第三支管一侧连接有空气净化器，所述空气净化器与所述第三支管之间设置有第三阀门。

优选的是，还包括第一密封塞和第二密封塞，所述第一密封塞和所述第二密封塞分别设在所述高压容器的上下两端对所述高压容器进行密封。

优选的是，还包括警示单元，其设置在所述控制面板上，所述警示单元包括警示灯和蜂鸣报警器，所述警示灯和所述蜂鸣报警器分别与所述处理模块连接；所述第一压力传感器和所述第二压力传感器分别与所述判断模块连接，当所述判断模块判定所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述温度传感器检测到的压力值和温度值分别超过预设压力值和预设温度值，所述判断模块生成警报信号并传递至所述处理模块，所述处理模块控制所述警示单元开启。

一种适用于材料基因组计划的新型热等静压装置的使用方法，其中，包括以下步骤：

步骤一、根据设计的试样成分，准备试样；

步骤二、试样置于所述试样腔内并盖好上盖，将所述置料腔放置在所述底座上，用所述第一密封塞将所述高压容器密封；

步骤三、将所述储气罐中的惰性气体通过所述第一压缩机压缩后通入所述加压腔内，工作完成后打开所述第二阀门将惰性气体通回所述储气罐内；在所述控制面板上通过所述温度调节按钮对各所述反应区进行加热温度设定，在高温高压状态下对试样进行热等静压处理；

步骤四、达到预设工作时间后，打开所述第二阀门进行泄压工作，所述加热装置停止工作，随后开启制冷装置，进行冷却工作；

步骤五、对热等静压处理后的试样进行性能检测，确定新材料的最佳成分及工艺。

本发明至少包括以下有益效果：

通过高压容器、加压腔和冷却腔的配合设置，可以对装置进行压强的调节以及试验后装置的冷却，提高加压和冷却效率，保障加压和冷却效果，提高了试验的准确度；通过将加热装置中的置料腔分隔为多个反应区，各反应区底部设置电加热板，并且每个反应区内设置多个试样腔，可以实现对高通量的试样同时进行多温度的热等静压处理，以及通过对比不同温区可实现同一试样在不同温度条件下的试验研究，大大提高了对新材料热等静压处理的效率，提高了新材料的筛选速度，降低了新材料研发过程中的成本，有利于提升新材料的研发效率；通过温控装置的设置，实现对各反应区内的加热温度进行自动调节，提高了试样热等静压处理过程中的自动化和智能化程度，提高了试验的准确性，提升了研发效率，有利于新材料产品的快速推向应用。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述适用于材料基因组计划的新型热等静压装置的结构示意图；

图2为本发明所述适用于材料基因组计划的新型热等静压装置中置料腔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1和图2所示，本发明提供一种适用于材料基因组计划的新型热等静压装置，其中，包括：

第一壳体10；

高压容器11，其设置在所述第一壳体10内，所述高压容器11上下两端开口，所述高压容器11一侧分别连接有第一压缩机28和储气罐30，所述第一压缩机28和所述储气罐30通过管道连通；

加压腔12，其绕设在所述高压容器11内腔内；

冷却腔13，其绕设在所述高压容器11外侧，所述冷却腔13连接有制冷装置；

加热装置，其设置在所述高压容器11内，所述加热装置包括底座18、电加热板17以及置料腔16；所述底座18设置在所述高压容器11底部；所述置料腔16设置在所述底座18上，所述置料腔16上端开口，所述置料腔16内部由竖直设置的隔热板35分隔为多个反应区，每个所述反应区内又由隔板36分隔为多个试样腔34；所述电加热板17分别设置在各个所述反应区底部，相邻两个所述反应区底部的所述电加热板17之间设置有预设间隔；

温控装置，其包括温度传感器和控制面板37；所述温度传感器设置在所述置料腔16底部；所述控制面板37设置在所述第一壳体10外侧，所述控制面板37上设置有显示屏和温度调节按钮，所述温度调节按钮设置的数量与所述反应区的数量保持一致；所述控制面板37内设置有相互连接的处理模块和判断模块，所述判断模块与所述温度传感器连接，所述处理模块分别与所述显示屏、所述温度调节按钮以及所述电加热片连接。

在上述方案中，储气罐30和第一压缩机28设置在第一壳体10外侧，储气罐30内装有惰性气体，第一压缩机28用于对惰性气体进行压缩处理，为高压装置提供高压环境。第一压缩机28对惰性气体进行压缩后，惰性气体进入加压腔12内，用高压惰性气体作为介质，抱枕加压腔12内压强稳定且达到所需压强大小。冷却腔13用于对试样进行热等静压处理后对高压容器11进行冷却处理，冷却腔13连接制冷装置，制冷效果好且效率高，保障了冷却效果，提高了试验的准确度。加热装置中的底座18为隔热材料制成，置料腔16内部设置多个反应区，各个反应区底部设置电加热板17，每个反应区对应的电加热板17之间设置有预设间隔，以实现对各反应区进行不同温度的加热，并且在每个反应区内设置多个试样腔34，可以实现对高通量的试样同时进行多温度的热等静压处理，以及通过对比不同温区可实现同一试样在不同温度条件下的试验研究，大大提高了对新材料热等静压处理的效率，提高了新材料的筛选速度，降低了新材料研发过程中的成本，有利于提升新材料的研发效率。

温控装置用于控制和调节加热装置中电加热片对各反应区的加热温度。在对置料腔16内的试样进行加热处理时，首先通过控制面板37上的温度调节按钮，分别对各反应区进行不同加热温度的设定，预设温度数据传输到处理模块，处理模块将预设温度数据传输至判断模块，同时控制电加热片开启，分别对各反应区进行加热；温度传感器对各反应区的加热温度进行实时监控，并将监控温度数据传输至判断模块，判断模块判定各反应区的监控温度数据达到预设温度后传递信号到处理模块，处理模块控制对应的电加热板17停止工作，完成对置料腔16内的试样的不同温度的加热处理。通过温控装置对各反应区内的加热温度进行自动调节，提高了对试样热等静压处理过程中的自动化和智能化程度，提高了试验的准确性，提升了研发效率，有利于新材料产品的快速推向应用。

在电加热片的加热过程中，温度传感器监测到的反应区内的实时温度通过判断模块传递至处理模块，处理模块发送显示信号到显示屏，由显示屏显示各反应区内的实时温度，便于实验人员随时了解反应区内的实时温度，以便对特殊状况进行及时处理，保障试验的顺利进行，提高试验的准确性。

一个优选方案中，所述制冷装置包括第二壳体19、蒸发器22和冷凝器20和第二压缩机21，所述第二壳体19设置在所述第一壳体10外侧，所述蒸发器22安装在所述冷却腔13内，所述冷凝器20和所述第二压缩机21安装在所述第二壳体19内，所述第二压缩机21和所述冷凝器20分别通过管道与所述蒸发器22连接，所述第二压缩机21的顶部通过管道连接所述冷凝器20。

在上述方案中，采用蒸发器22、冷凝器20和第二压缩机21的结构构成一个制冷系统，能够有效降低高压容器11内的温度，蒸发器22内设置有制冷剂，压缩机将蒸发器22中的制冷剂吸入其中并加压送至冷凝器20的内部进行冷凝，冷凝器20再将冷凝后的制冷剂送入蒸发器22进行蒸发吸热，从而完成一个制冷循环，同时起到有效降温的作用，保障冷却效果，简单有效，提高了试验的准确度。

一个优选方案中，所述电加热板17之间的预设间隔为5-10cm。

在上述方案中，各反应区对应的电加热板17之间设置的间隔优选为6cm，可以有效保障各电加热板17之间独立工作，互不影响，实现对各反应区的不同温度的加热效果。

一个优选方案中，所述第一压缩机28通过第一支管23与所述加压腔12连接，所述第一支管23上设置有第一阀门26，所述第一阀门26一侧设置有第一压力传感器27；所述第一压缩机28通过第二支管24与所述储气罐30连通，所述第二支管24上设置有第二压力传感器29；所述储气罐30通过第三支管25与所述加压腔12连通，所述第三支管25上设置有第二阀门31。

在上述方案中，将储气罐30内的惰性气体通过压缩机压缩后通入加压腔12内，用惰性气体作为介质，并通过第一压力传感器27实时检测其内部压强，在完成加压处理后及时打开第二阀门31将惰性气体通回储气罐30内。

一个优选方案中，所述第三支管25一侧连接有空气净化器33，所述空气净化器33与所述第三支管25之间设置有第三阀门32。

在上述方案中，当对试样进行热等静压处理过程中，加压腔12内的压强过大时打开第三阀门32，将惰性气体通过空气净化器33后排出，保证加压腔12内的压强稳定且达到所需压强大小。通过阀门和压力传感器的设置，构成一个压力调节系统，可以准确的调节加压腔12内的压强大小，提高热等静压试验过程中的试验准确性。

一个优选方案中，还包括第一密封塞14和第二密封塞15，所述第一密封塞14和所述第二密封塞15分别设在所述高压容器11的上下两端对所述高压容器11进行密封。

在上述方案中，在将试样装置于试样腔34后，用第一密封塞14将高压容器11进行密封，为热等静压试验提供密封环境。

一个优选方案中，还包括警示单元，其设置在所述控制面板37上，所述警示单元包括警示灯和蜂鸣报警器，所述警示灯和所述蜂鸣报警器分别与所述处理模块连接；所述第一压力传感器27和所述第二压力传感器29分别与所述判断模块连接，当所述判断模块判定所述第一压力传感器27、所述第二压力传感器29和所述温度传感器检测到的压力值和温度值分别超过预设压力值和预设温度值，所述判断模块生成警报信号并传递至所述处理模块，所述处理模块控制所述警示单元开启。

在上述方案中，通过压力传感器、温度传感器、判断模块、处理模块和警示单元的配合设置，形成对装置内工作状态下温度和压强的实时监控，提高装置的安全性，保障试验的正常进行。

一种适用于材料基因组计划的新型热等静压装置的使用方法，其中，包括以下步骤：

步骤一、根据设计的试样成分，准备试样；

步骤二、试样置于所述试样腔34内并盖好上盖，将所述置料腔16放置在所述底座18上，用所述第一密封塞14将所述高压容器11密封；

步骤三、将所述储气罐30中的惰性气体通过所述第一压缩机28压缩后通入所述加压腔12内，工作完成后打开所述第二阀门31将惰性气体通回所述储气罐30内；在所述控制面板37上通过所述温度调节按钮对各所述反应区进行加热温度设定，在高温高压状态下对试样进行热等静压处理；

步骤四、达到预设工作时间后，打开所述第二阀门31进行泄压工作，所述加热装置停止工作，随后开启制冷装置，进行冷却工作；

步骤五、对热等静压处理后的试样进行性能检测，确定新材料的最佳成分及工艺。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种适用于材料基因组计划的新型热等静压装置，其中，包括：

第一壳体；

高压容器，其设置在所述第一壳体内，所述高压容器上下两端开口；

加压腔，其绕设在所述高压容器内腔内；所述加压腔一侧分别连接有第一压缩机和储气罐，所述第一压缩机和所述储气罐通过管道连通；

冷却腔，其绕设在所述高压容器外侧，所述冷却腔连接有制冷装置；

加热装置，其设置在所述高压容器内，所述加热装置包括底座、电加热板以及置料腔；所述底座设置在所述高压容器底部；所述置料腔设置在所述底座上，所述置料腔上端开口，所述置料腔内部由竖直设置的隔热板分隔为多个反应区，每个所述反应区内又由隔板分隔为多个试样腔；所述电加热板分别设置在各个所述反应区底部，相邻两个所述反应区底部的所述电加热板之间设置有预设间隔；

温控装置，其包括温度传感器和控制面板；所述温度传感器设置在所述置料腔底部；所述控制面板设置在所述第一壳体外侧，所述控制面板上设置有显示屏和温度调节按钮，所述温度调节按钮设置的数量与所述反应区的数量保持一致；所述控制面板内设置有相互连接的处理模块和判断模块，所述判断模块与所述温度传感器连接，所述处理模块分别与所述显示屏、所述温度调节按钮以及所述电加热片连接。

2.如权利要求1所述的适用于材料基因组计划的新型热等静压装置，其中，所述制冷装置包括第二壳体、蒸发器和冷凝器和第二压缩机，所述第二壳体设置在所述第一壳体外侧，所述蒸发器安装在所述冷却腔内，所述冷凝器和所述第二压缩机安装在所述第二壳体内，所述第二压缩机和所述冷凝器分别通过管道与所述蒸发器连接，所述第二压缩机的顶部通过管道连接所述冷凝器。

3.如权利要求1所述的适用于材料基因组计划的新型热等静压装置，其中，所述电加热板之间的预设间隔为5-10cm。

4.如权利要求1所述的适用于材料基因组计划的新型热等静压装置，其中，所述第一压缩机通过第一支管与所述加压腔连接，所述第一支管上设置有第一阀门，所述第一阀门一侧设置有第一压力传感器；所述第一压缩机通过第二支管与所述储气罐连通，所述第二支管上设置有第二压力传感器；所述储气罐通过第三支管与所述加压腔连通，所述第三支管上设置有第二阀门。

5.如权利要求4所述的适用于材料基因组计划的新型热等静压装置，其中，所述第三支管一侧连接有空气净化器，所述空气净化器与所述第三支管之间设置有第三阀门。

6.如权利要求1所述的适用于材料基因组计划的新型热等静压装置，其中，还包括第一密封塞和第二密封塞，所述第一密封塞和所述第二密封塞分别设在所述高压容器的上下两端对所述高压容器进行密封。

7.如权利要求1所述的适用于材料基因组计划的新型热等静压装置，其中，还包括警示单元，其设置在所述控制面板上，所述警示单元包括警示灯和蜂鸣报警器，所述警示灯和所述蜂鸣报警器分别与所述处理模块连接；所述第一压力传感器和所述第二压力传感器分别与所述判断模块连接，当所述判断模块判定所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述温度传感器检测到的压力值和温度值分别超过预设压力值和预设温度值，所述判断模块生成警报信号并传递至所述处理模块，所述处理模块控制所述警示单元开启。

8.如权利要求1-7所述的适用于材料基因组计划的新型热等静压装置的使用方法，其中，包括以下步骤：

步骤一、根据设计的试样成分，准备试样；

步骤二、试样置于所述试样腔内并盖好上盖，将所述置料腔放置在所述底座上，用所述第一密封塞将所述高压容器密封；

步骤三、将所述储气罐中的惰性气体通过所述第一压缩机压缩后通入所述加压腔内，工作完成后打开所述第二阀门将惰性气体通回所述储气罐内；在所述控制面板上通过所述温度调节按钮对各所述反应区进行加热温度设定，在高温高压状态下对试样进行热等静压处理；

步骤四、达到预设工作时间后，打开所述第二阀门进行泄压工作，所述加热装置停止工作，随后开启制冷装置，进行冷却工作；

步骤五、对热等静压处理后的试样进行性能检测，确定新材料的最佳成分及工艺。