CN107571537A - 一种加样装置及一种连续成分块体材料的制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种加样装置及一种连续成分块体材料的制备系统，加样装置包括：称量部、加样器、分别与称量部和加样器连接的控制器，其中，加样器设置在称量部的上方，容器对应加样器放置在称量部上；称量部，用于对容器内的样品进行称量，获得对应的称量信号；控制器，用于根据称量信号及设定的目标量确定加样速度；加样器，用于盛放样品，并根据加样速度将样品加入到容器内。制备系统包括：所述的加样装置，用于将粉末状的样品加入到容器内；冲压成型装置，对应容器设置，用于将容器中的粉末状的样品冲压成层状。本发明的加样装置能够快速精确地完成样品的定量添加。本发明的制备系统，操作简单，自动化程度高，连续成分块体材料的制备效率高。

Description

一种加样装置及一种连续成分块体材料的制备系统

技术领域

本发明涉及实验室加样领域，特别是涉及一种加样装置及一种连续成分块体材料的制备系统。

背景技术

随着科学技术尤其是现代工业的快速发展，人们对材料的要求日益提高，材料的复杂程度也越来越高。因此，需要有先进的制备、表征及筛选方法，才能加快材料的研究进程。

传统技术中，研发一种新的材料一般要经过较长的时间周期，耗费大量的人力物力，需要经过“制备-性能评价-再制备-性能再评价”这样反复的循环过程，才能获得性能优异的材料，这个漫长的过程极大地减缓了新材料研发和应用的速度。

高通量实验是指在实验过程中，大量重复性的实验同时并行地实施，并使用多种特定的检测仪器，表征相关性质并记录实验过程的数据。利用实验的并行性，对于多来源的、多种类的反应特性进行高通量表征可以大幅度提高研究效率。

但是，高通量材料的制备过程中，主要依靠实验人员通过手工操作来完成实验样品的加样。为了制备连续成分的无机块材，实验人员需要花费大量的时间和精力进行加样工作，不仅浪费人力资源，人力成本高，而且工作效率低，个体差异性大，容易引起误差。

因此，如何提供一种能够快速精确地进行自动加样的加样装置，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种加样装置，能够快速精确地自动完成加样工作。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种加样装置，所述加样装置用于将样品加入到容器内，所述加样装置包括：称量部、加样器、分别与所述称量部和所述加样器连接的控制器，其中，

所述加样器设置在所述称量部的上方，所述容器对应所述加样器放置在所述称量部上；

所述称量部，用于对所述容器内的所述样品进行称量，获得对应的称量信号；

所述控制器，用于根据所述称量信号及设定的目标量确定加样速度；

所述加样器，用于盛放所述样品，并根据所述加样速度将所述样品加入到所述容器内。

可选的，所述加样器具体包括电动机和用于盛放样品的加样管，其中，

所述加样管底部设置有与所述样品匹配的加样头；

所述电动机与所述控制器连接，加样时，所述电动机与对应所述电动机的所述加样头的内芯连接，所述电动机根据所述加样速度带动所述内芯旋转，将所述样品加入到所述容器内。

可选的，所述加样器还包括与所述控制器连接的水平移动台，其中，

所述水平移动台设置在所述称量部的上方，所述加样管设置在所述水平移动台上，所述水平移动台用于根据控制器的位置指令带动所述加样管在水平方向移动，使所述加样管移动到对应所述容器的位置。

可选的，所述称量部为电子天平。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的加样装置设置有控制器，控制器根据预先设定的样品的目标量及称量部实时反馈的称量信号，控制加样器的加样速度，使加样器根据设定的目标量自动完成样品的定量添加工作。当添加的样品量与设定的目标量相差较大时，加样速度较快；当添加的样品量接近设定的目标量时，加样速度变慢，直至容器内的样品量达到目标量。可见，在整个加样过程中，控制器会根据目标量与实际加样量的差值调整加样速度，从而快速精确地完成样品的定量添加。

本发明的目的还在于提供一种连续成分块体材料的制备系统，能够快速精确地完成连续成分块体材料的制备。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种连续成分块体材料的制备系统，所述制备系统包括：

所述的加样装置，用于将粉末状的样品加入到容器内；

冲压成型装置，对应所述容器设置，用于将所述容器中的所述粉末状的样品冲压成层状。

可选的，所述制备系统还包括密封箱，所述加样装置、所述冲压成型装置和所述容器均设置在所述密封箱内。

可选的，所述密封箱为氩气箱。

可选的，所述冲压成型装置具体包括：

模具，对应所述容器设置，用于放置从所述容器中倒出的待成型的粉末状的样品；

冲压轴，对应所述模具设置，用于将所述模具中的所述待成型的粉末状的样品冲压成层状；

电推杆，分别与所述冲压轴和所述加样装置的控制器连接，用于根据所述控制器的冲压指令带动所述冲压轴运动，使所述模具中的所述待成型的粉末状的样品成型为层状。

可选的，所述制备系统还包括混匀装置，所述混匀装置对应所述容器设置，用于混合所述容器中的所述粉末状的样品。

可选的，所述制备系统还包括旋转台及进给装置，其中，

所述旋转台用于放置所述容器，且所述旋转台与所述加样装置的控制器连接，用于在制备连续成分块体材料时，所述旋转台根据所述控制器的指令进行旋转，使所述容器正对所述进给装置；

所述进给装置与所述加样装置的控制器连接，用于在所述容器正对所述进给装置时，根据所述控制器的进给指令将所述容器推送到所述加样装置的称量部上。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的连续成分块体材料的制备系统，操作简单，自动化程度高，连续成分块体材料的制备效率高，能够极大地节约人力资源，降低人力成本，加快新材料的研发进程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例2旋转台和进给装置的结构示意图；

图4为本发明实施例2冲压成型装置的结构示意图；

图5为本发明实施例2工业机器人机械爪的结构示意图；

图6为本发明实施例2制备过程的流程图；

图7为本发明实施例2预期制备成品的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种加样装置及一种连续成分块体材料的制备系统，所述加样装置能够快速精确地自动完成加样工作，所述制备系统能够快速精确地自动完成连续成分块体材料的制备。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，加样装置用于将样品加入到容器10内，加样装置包括：称量部11、加样器12、分别与称量部和加样器连接的控制器13，其中，控制器13未在图中显示。

加样器12设置在称量部11的上方，容器10对应加样器12放置在称量部11上；称量部11，用于对容器10内的样品进行称量，获得对应的称量信号；控制器13，用于根据称量信号及设定的目标量确定加样速度；加样器12，用于盛放样品，并根据加样速度将样品加入到容器10内。本实施例中，称量部11为电子天平；称量信号为容器内样品的质量信号或者重量信号，若称量信号为重量信号，控制器应先将重量信号转换为质量后再与目标量进行比较。

具体地，加样器12具体包括电动机121和用于盛放样品的加样管122、与控制器13连接的水平移动台124，其中，

水平移动台124设置在称量部11的上方，加样管122设置在水平移动台124上，加样管122底部设置有与样品匹配的加样头123，电动机121与控制器13连接。加样时，水平移动台124根据控制器13的位置指令带动加样管122在水平方向移动，使加样管122移动到对应容器10的位置。电动机121与对应电动机121的加样头123的内芯连接，电动机121根据加样速度带动内芯旋转，将样品加入到容器10内。

具体应用时，可根据实际需求增设一个与控制器13连接的纵向移动台，将电动机121安装在纵向移动台上。在水平移动台124上可设置多个加样管，一种样品放置在一个加样管中，或者针对用量大的样品可设置多个加样管。各加样管底部设置的加样头的材料要与对应的样品匹配，如果样品的腐蚀性较强，则要选取具有抗腐蚀性能的加样管与加样头。通过控制器控制两个移动台的匹配运动，实现不同粉末的依次进给。水平移动台124可根据控制器13的位置指令带动各加样管122在水平方向移动，使目标加样管移动到对应容器10的位置，目标加样管上的目标加样头正对容器口。

电动机121与目标加样头的内芯连接，电动机121根据加样速度带动目标加样头的内芯旋转，将对应的样品加入到容器10内。加样时，纵向移动台上的丝杆带动滑块上的压杆向下按压加样头123的内芯，而电动机121可通过压杆旋转进而带动加样头123中的内芯旋转，从而使样品从加样头123中流出。本实施例中，加样头123为市售“梅特勒-托利多”的产品。

与传统的手工添加样品的方式相比，本发明提供的加样装置的加样速度快，能够克服手工操作中由于个体差异引起的误差，样品添加量精确，误差小。

实施例2：

如图2～图3所示，连续成分块体材料的制备系统包括：实施例1中的加样装置1、冲压成型装置2、密封箱3、混匀装置4、旋转台5及进给装置6。

加样装置1将粉末状的样品加入到容器10内；冲压成型装置2对应容器10设置，用于将容器10中的粉末状的样品冲压成层状。混匀装置4对应容器10设置，用于混合容器10中的粉末状的样品。为了防粉末状样品粘附在容器10内表面，在容器10的内表面镀有一层聚四氟乙烯。

为了实现容器10的连续进给以及将容器10推送至指定位置，本实施例设置有旋转台5和进给装置6。进给装置6为一台电动推杆，通过旋转台5的转动使容器10正对进给装置6，借助电推杆实现容器的推送。具体地，旋转台5用于放置容器10，且旋转台5与加样装置1的控制器13连接，用于在制备连续成分块体材料时，旋转台5根据控制器13的指令进行旋转，使容器10正对进给装置6。进给装置6与加样装置1的控制器13连接，用于在容器10正对进给装置6时，根据控制器13的进给指令将容器10推送到加样装置1的称量部11上。

为了给整个制备过程提供一个密闭的工作环境，保证环境可控，防止材料的氧化变质，本发明的制备系统设置有密封箱3，所述加样装置1、所述冲压成型装置2、所述容器10、混匀装置4、旋转台5及进给装置6均设置在所述密封箱3内。本实施例中，所述密封箱3为氩气箱。氩气箱可为密封工作腔内所有装置与零件提供合适的安装位置，同时，为保证气密性，应严格按照密封要求完成制造密封箱。在箱盖与箱座接合处应加设密封橡胶条，同时采用夹紧装置保证密封效果。

实际应用中，为了能够更好地实现人机交互，可在密封箱3内加装摄像头，并将加样装置1中的控制器13设置在密封箱3外部，控制器13与上位机7连接。操作人员可通过上位机7输入控制指令，同时通过上位机7实时查看连续成分块体材料的制备情况。可选的，上位机为计算机或手机。

冲压成型装置2用于将混合后倒入石墨模具的粉末冲压成一根连续梯度成分的原料棒，用于后续的烧结与筛选。如图4所示，所述冲压成型装置2具体包括：

模具21，对应所述容器10设置，用于放置从所述容器10中倒出的待成型的粉末状的样品，可选的，模具21为石墨模具；

冲压轴22，对应所述模具21设置，用于将所述模具21中的所述待成型的粉末状的样品冲压成层状；

电推杆23，分别与所述冲压轴22和所述加样装置1的控制器13连接，用于根据所述控制器13的冲压指令带动所述冲压轴22运动，使所述模具21中的所述待成型的粉末状的样品成型为层状。

本实施例中，混匀装置4为图5所示的工业机器人，工业机器人为一台机械手，端部安装了机械爪，机械爪包括左右两片爪夹41和上部的翻盖42，翻盖42与小型电机连接，用以驱动翻盖42的翻转。两片爪夹41用于夹持容器10，翻盖42用于对容器10进行密封，整个机械爪可对容器进行夹持与密封。工业机器人的工作包括：密封容器、混合粉末状样品、将容器中的样品导入模具(倒料)以及将容器归位。机械手上的爪夹41夹持着容器10依次按顺时针、逆时针方向多次旋转实现粉末的充分混合。倒料与容器归位同样是通过控制机械手的运动来实现。

本发明提供的连续成分块体材料的制备系统进行的操作步骤包括：容器进给、粉末依次定量进给、容器密封、粉末混合、倒料、冲压成型、容器归位等，能够自动完成制备工作，从而能够解放人力，降低人力成本，提高工作效率。因此，本发明的制备系统具有操作简单，工作效率高，失误率低等特点。

如图6所示，采用本实施例提供的制备系统完成一次制备过程主要包括以下步骤：

(1)容器进给

制备过程开始，旋转台5转动一定角度使容器10转动至进给装置6正前方，进给装置6启动将容器10推送至称量部即精密天平11的中心位置。

(2)粉末依次定量进给

水平移动台124上的丝杆带动滑块上的加样管122水平移动一定距离后，使第一个粉末加样头123位于容器10的正上方，而后纵向移动台上的丝杆带动滑块上的压杆向下按压加样头123的内芯，电动机121使压杆旋转进而带动加样头123中的内芯旋转，从而使加样头123中的粉末流出至容器10中。控制器13根据预先设定的加样量，控制加样头123的进给量，进给量起初较大，当粉末质量接近目标量时，进给量变得很小，直至达到目标量。而后水平移动台124运动使第二个加样头正对容器10，开始进行第二种粉末的进给。当所有粉末样品全部添加完毕，加样头退出为下一步操作腾出空间。

(3)容器密封

粉末加样完成后，工业机器人4运动至容器10旁，两片爪夹41紧紧夹持住容器10，翻盖42翻转，紧紧盖住容器开口，实现密封。

(4)粉末混合

容器10密封完成后，工业机器人4抬起容器10至开阔处，机械爪紧紧夹持住容器10，依次按顺时针、逆时针方向翻转多圈，直至粉末混合均匀。

(5)倒料

粉末混合均匀后，工业机器人4将容器10运送至石墨模具21上方，翻盖42打开，而后将粉末全部倒入石墨模具21中。

(6)冲压成型

电推杆23启动，冲压轴22向下运动，将粉末压成层状。冲压完成，冲压轴22上升归位。

(7)容器归位

倒料完成后，工业机器人4夹持着容器10将其运送回旋转台5，一次连续成分无机块材高通量自动化制备过程就此完成。工业机器人4进入下一制备过程。采用本发明的装置冲压成型的连续梯度成分的原料棒如图7所示，所述原料棒可用于后续的烧结与筛选。

高通量组合材料制备技术的核心即是在一块较小的基片上同时集成成千上万种不同组分、结构和性能的材料，并通过自动扫描式或并行式快速表征技术获得材料成分、结构和性能等关键信息，快速构建多元材料相图或材料数据库，从中快速筛选出性能优良的材料，或者找到材料的“组分-结构-性能”之间的关联性，以此提高材料研发的效率。

本发明提供的基于高通量思想的连续成分块体材料的制备系统与现有技术相比较，具有以下显著的进步：

(1)本发明所提供的用于连续成分无机块材的高通量自动化制备系统及技术，操作简单，自动化程度高，制备快速高效，减少了人力资源的浪费，降低了人力成本，减小了实验人员重复性操作产生的误差，加快了新材料的研发进程，而且适合用于批量材料的制备；

(2)本发明采用并行开展的方法，前后两次制备过程可同时开展，操作步骤交错开展，能够极大地缩短产品的制备时间；

(3)可以在同一个平台中完成材料的整个制备过程，节省制备的时间与空间；

(4)本发明提出的制备方法，具有普适性，并不局限于某种特定的材料，甚至并不局限于是无机材料或是金属。这一方法有望打通从材料设计(计算)、制备、表征直至服役的全链条过程，迅速筛选出最佳性能的样品，加快材料性能研究进程，缩短研发周期。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种加样装置，其特征在于，所述加样装置用于将样品加入到容器内，所述加样装置包括：称量部、加样器、分别与所述称量部和所述加样器连接的控制器，其中，

所述加样器设置在所述称量部的上方，所述容器对应所述加样器放置在所述称量部上；

所述称量部，用于对所述容器内的所述样品进行称量，获得对应的称量信号；

所述控制器，用于根据所述称量信号及设定的目标量确定加样速度；

所述加样器，用于盛放所述样品，并根据所述加样速度将所述样品加入到所述容器内。

2.根据权利要求1所述的加样装置，其特征在于，所述加样器具体包括电动机和用于盛放样品的加样管，其中，

所述加样管底部设置有与所述样品匹配的加样头；

所述电动机与所述控制器连接，加样时，所述电动机与对应所述电动机的所述加样头的内芯连接，所述电动机根据所述加样速度带动所述内芯旋转，将所述样品加入到所述容器内。

3.根据权利要求2所述的加样装置，其特征在于，所述加样器还包括与所述控制器连接的水平移动台，其中，

所述水平移动台设置在所述称量部的上方，所述加样管设置在所述水平移动台上，所述水平移动台用于根据控制器的位置指令带动所述加样管在水平方向移动，使所述加样管移动到对应所述容器的位置。

4.根据权利要求1所述的加样装置，其特征在于，所述称量部为电子天平。

5.一种连续成分块体材料的制备系统，其特征在于，所述制备系统包括：

权利要求1～4任一项所述的加样装置，用于将粉末状的样品加入到容器内；

冲压成型装置，对应所述容器设置，用于将所述容器中的所述粉末状的样品冲压成层状。

6.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括密封箱，所述加样装置、所述冲压成型装置和所述容器均设置在所述密封箱内。

7.根据权利要求6所述的制备系统，其特征在于，所述密封箱为氩气箱。

8.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，所述冲压成型装置具体包括：

模具，对应所述容器设置，用于放置从所述容器中倒出的待成型的粉末状的样品；

冲压轴，对应所述模具设置，用于将所述模具中的所述待成型的粉末状的样品冲压成层状；

电推杆，分别与所述冲压轴和所述加样装置的控制器连接，用于根据所述控制器的冲压指令带动所述冲压轴运动，使所述模具中的所述待成型的粉末状的样品成型为层状。

9.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括混匀装置，所述混匀装置对应所述容器设置，用于混合所述容器中的所述粉末状的样品。

10.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括旋转台及进给装置，其中，

所述旋转台用于放置所述容器，且所述旋转台与所述加样装置的控制器连接，用于在制备连续成分块体材料时，所述旋转台根据所述控制器的指令进行旋转，使所述容器正对所述进给装置；

所述进给装置与所述加样装置的控制器连接，用于在所述容器正对所述进给装置时，根据所述控制器的进给指令将所述容器推送到所述加样装置的称量部上。