CN108698125A - 制造块体纳米晶合金的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供制造块体纳米晶合金的系统和方法。所述方法可以包括使至少一种材料的粉末处于第一振幅的超声振动中，响应于所述超声振动，用对应于所述第一振幅的第一升温速率加热所述粉末，以及在对应于所述第一升温速率的温度范围内处理所述粉末，获得多个晶粒组成的块体材料。所述方法还可以包括以足够降温速率来获取非晶结构的块体材料。

Description

制造块体纳米晶合金的系统和方法
技术领域
本发明涉及材料处理，尤其涉及基于超声振动处理纳米晶合金。
背景技术
粉体材料烧结可以用于获取多个独特的物理和力学性能，例如可控孔隙率、同质、无宏观偏析等等。放电等离子烧结(SPS)可以用于处理粉体材料以获取块体材料。但是，使用SPS技术的设备可能会很昂贵。另外，通常会要求烧结温度为一种材料的熔点的0.8倍，还可能需要施加很大的压力以进行烧结。所以，利用SPS技术烧结粉末材料可能耗能高，而且经济效益低下。因此，期望提供有效处理粉末材料的方法和系统。
简述
基于已公开主题的一些实施例，提供了处理粉末材料的系统和方法。
基于已公开主题的一些实施例，提供了一种制造纳米晶体合金的方法。所述方法可以包括：使至少一种材料的粉末处于第一振幅的超声振动中；响应于所述超声振动，用对应于所述第一振幅的第一升温速率加热所述粉末；在对应于所述第一升温速率的温度范围内处理所述粉末，其中，所述温度范围包括第一温度，所述第一温度被配置为高于所述至少一种材料的特征温度；获得多个晶粒组成的块体材料，所述多个晶粒的平均线性尺寸等于或大于10nm。
在一些实施例中，所述粉末可以是非晶的。
在一些实施例中，所述至少一种材料的粉末包括聚合物粉末、金属粉末、合金粉末或陶瓷粉末中的至少一种。
在一些实施例中，所述特征温度可以包括所述至少一种材料的结晶温度。
在一些实施例中，所述多个晶粒的平均线性尺寸可以基于所述第一升温速率和所述第一温度来确定。
在一些实施例中，所述多个晶粒的平均线性尺寸可以基于在所述温度范围内处理所述粉末的时长、施加在所述粉末上的压力或所述多个晶粒中的每一个所对应的粉粒的线性尺寸来进一步确定。
在一些实施例中，所述超声振动的频率可以在10kHz到100kHz之间。
在一些实施例中，所述方法可以还包括将粉末放在模具中。在一些实施例中，块体材料的形状可以由模具的形状确定。
基于已公开主题的一些实施例，提供了一种处理纳米晶体合金的方法。该方法可以包括：使至少一种材料的粉末处于第一振幅的超声振动中；响应于所述超声振动，用对应于所述第一振幅的第一升温速率加热所述粉末；在对应于所述第一升温速率的温度范围内处理所述粉末，所述温度范围包括第一温度，所述第一温度被配置在所述至少一种材料的第一特征温度与所述至少一种材料的第二特征温度之间；并以第一降温速率获取非晶的块体材料。
在一些实施例中，所述粉末可以是非晶的。
在一些实施例中，所述至少一种材料的粉末包括聚合物粉末、金属粉末、合金粉末或陶瓷粉末中的至少一种。
在一些实施例中，所述第一特征温度可以包括所述至少一种材料的玻璃化转变温度。
在一些实施例中，所述第二特征温度可以包括所述至少一种材料的结晶温度。
在一些实施例中，所述第二特征温度可以包括所述至少一种材料的融化温度。
在一些实施例中，所述超声振动的频率可以在10kHz到100kHz之间。
在一些实施例中，所述方法可以还包括将粉末放在模具中。在一些实施例中，块体材料的形状可以由模具的形状确定。
在一些实施例中，所述块体材料的非晶态可以基于在所述温度范围内处理所述粉末的时长、施加在所述粉末上的压力或粉粒的线性尺寸来进一步确定。
基于已公开主题的一些实施例，提供了一种处理纳米晶体合金的系统。所述系统可以包括超声发生器，所述超声发生器用于生成电信号，和换能器，所述换能器用于基于所述电信号产生第一振幅的超声振动。所述系统还可以包括压头，所述压头被配置为响应于所述超声振动，用对应于所述第一振幅的第一升温速率加热所述粉末，并在对应于所述第一升温速率的温度范围内处理所述粉末。在一些实施例中，温度范围可以包括被配置为高于所述至少一种材料的第一特征温度的第一温度。
附加特征部分将在下方说明书中阐述，部分将在本领域技术人员研究以下内容和附图后变得显而易见，或可以通过制备或操作实例来了解。本发明的特征可以通过实践或使用下面讨论的详细示例中阐述的方法、手段及其组合的各个方面来实现和获得。
附图说明
基于示例性实施例进一步描述本发明。参考附图详细描述所述示例性实施例。这些实施例是非限制性示例，其中相同的附图标记在附图的多个视图中代表相同的结构，其中：
基于本发明的一些实施例，图1是一种超声烧结系统的系统方框图；
基于本发明的一些实施例，图2是一种示例性超声设备的系统方框图；
基于本发明的一些实施例，图3是一张截面图，所述截面图用于说明示例性超声烧结系统的一部分；
基于本发明的一些实施例，图4是一张截面图，所述截面图用于说明示例性超声烧结系统的一部分；
基于本发明的一些实施例，图5描述了烧结至少一种材料的粉末的示例性过程；
基于本发明的一些实施例，图6描述了烧结至少一种材料的粉末的示例性过程；
基于本发明的一些实施例，图7是烧结粉末过程中的示例性温度曲线图；
基于本发明的一些实施例，图8A是块体材料的透射电子显微镜(TEM)照片；和
基于本发明的一些实施例，图8B是描述图8A所示的块体材料中的多个晶粒的尺寸分布的图表。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。不过，本领域技术人员而即使没有这些实施例描述，也可以理解所述发明。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本发明的各方面，已经在较高的级别上概略地描述了众所周知的方法、过程、系统、组件和/或电路。本发明披露的实施例进行的各种修改，对于本领域技术人员而言是显而易见的，并且本文中定义的通则在不背离本发明的精神及范围的情况下，可以适用于其他实施例及应用。因此，本发明不限于所示的实施例，而是符合与发明专利范围一致的最广泛范围。
应当理解的是，本文使用的“系统”、“单元”、“模块”、“和/或”、“区块”是用于按升序区分不同级别的不同构件、元素、部件、部分或组件的方法。不过，可以使用其它可以达到相同目的表达取代以上术语。
应当理解的是，当一个单元、模块或区块被称为在另一个单元、模块或区块“上”，或是“连接到”或“耦合到”另一个单元、模块或区块时，其可以直接在另一个单元、模块或是区块上，连接到或是耦合到另一个单元、模块或是区块上，除非上下文另有明确指示。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
本文中所使用的术语仅用于描述特定示例和实施例，并不限制本发明的范围。如本文使用的单数形式“一”、“一个”及“该”可以同样包括复数形式，除非上下文明确提示例外情形。还应当理解的是，本文中的术语“包括”和/或“包含”只详述存在整体、装置、行为、陈述的特征、步骤、元件、操作和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他整体、设备、行为、特征、步骤、元件、操作、部件和/或其组合。
基于本发明的一些实施例，图1是一种示例性超声烧结系统的系统方框图。如图所示，超声处理系统100可以包括超声设备102、电源104、控制器106、操作员控制台108和存储设备110。超声处理系统100可以在不同的领域中实施，诸如材料表面改性，材料焊接，材料烧结等或以上的一种组合。例如，超声处理系统100可以用于表面结晶、表面涂层等。再比如，超声处理系统100可以用于金属焊接、塑性焊接、陶瓷焊接等等。还比如，超声处理系统100可以用于金属粉末烧结、聚合物粉末烧结等等。
超声设备102可以产生超声振动。在一些实施例中，所述超声振动可以用于处理样品。由超声设备102产生的所述超声振动可以响应于各种参数，诸如频率、振幅、功率密度等。在一些实施例中，由超声设备102产生的所述超声振动的频率的范围为10kHz到100kHz。例如，所述超声振动的频率可以包括20kHz、25kHz、28kHz、30kHz、33kHz、35kHz、40kHz、70kHz等中的至少一种。在一些实施例中，所述超声振动可以有一个大于100kHz的频率,比如110kHz、120kHz等。在一些实施例中，所述超声振动的振幅可以在5μm到100μm的范围内。例如，所述超声振动的振幅可以在20μm到0μm的范围内。再比如，所述超声振动的振幅可以在20μm到60μm的范围内。还比如，所述超声振动的振幅可以为45μm。在一些实施例中，所述超声振动的振幅可以大于100μm。待烧结的样品可以是金属材料、聚合物材料、无机非金属材料、复合材料等或其组合中的至少一种。所述金属材料可以包括纯金属、合金、金属互化物等。所述合金材料可以包括铁基晶体合金、钛基晶体合金、镍基晶体合金、锌基晶体合金、锆基晶体合金等。所述纯金属材料可以包括银、铁、铝、铜、钛、锌、锡、镍等。所述无机非金属材料可以包括酸式盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物、硫化物、卤化物等。所述聚合材料可以包括高规则排列的分子链，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)等。所述复合材料可以包括聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
在一些实施例中，所述样品可以包括粉末材料、块体材料等，或其组合。例如，所述样品可以为包含多种粉粒的合金粉末。在一些实施例中，所述粉粒的线性尺寸可以在1μm到100μm的范围内。本文使用的所述线性尺寸可以指某一方向上对象(例如，粒子)的尺寸。例如，如果所述对象是球形的，则所述对象的线性尺寸可以是球体的直径。在一些实施例中，所述粉粒的线性尺寸可以大于100μm。在一些实施方式中，所述样品可以是非晶的、结晶的等。在一些实施方式中，所述样品可以是液态、固态、玻璃态等。
超声设备102可以将材料从一个相位变换到另外一个相位。所述变换过程可以通过响应于施加在材料上的超声振动，加热所述材料来实现。在一些实施例中，超声设备102可以通过在所述粉末上施加超声振动，将材料从粉末转变成块体。所述材料的块体可以为非晶的、结晶的，或其组合。例如，块体材料可以包括多个平均线性尺寸等于或大于10nm的纳米结构晶粒。在一些实施例中，超声设备102可以将块体材料或至少其一些部分(例如，块体材料的表层)从非晶态转变为结晶态。
在一些实施例中，超声设备102可以经由无线连接、有线连接或其组合，与电源104、控制器106、操作员控制台108和/或存储设备110连接，并且/或者与以上通信。例如，电源104可以通过有线连接(例如，金属电缆)为超声设备102提供电力，以产生超声振动。再比如，超声设备102可以由控制器106控制，以生成所述超声振动。还比如，超声设备102可以由用户或操作员通过操作员控制台108来操作。例如，所述操作员可以通过操作员控制台108设置所述超声波振动的一个或多个参数(例如，频率或振幅)。所述参数可以基于所述操作者的输入，通过例如键盘或鼠标来设置。
电源104可以为超声设备102、控制器106、操作员控制台108和/或存储设备110提供电力。在一些实施例中，电源104可以包括从电源接收功率的功率输入和将功率传送到设备(例如，超声设备102)的功率输出。在一些实施例中，电源104可以包括交流(AC)电源、直流(DC)电源、AC-DC电源、开关模式电源、可编程电源、不间断电源、高压电源等。在一些实施例中，电源104可以包括一个或多个充电装置。电源104可以包括一个或多个其他内部组件，例如转换器、充电/放电接口等或其组合。
在一些实施例中，电源104可以为稳压的或不稳压的。尽管负载电流或输入电压发生变化，但稳压电源可以保持恒定的输出电压或电流。当输入电压或负载电流发生变化时，未稳压电源输出的电压或电流可以发生变化。在一些实施例中，电源104可以被配置为灵活的，以允许输出电压或电流通过机械控制(例如，电源前面板上的旋钮)，借助用户经由操作员控制台108的输入或其组合来控制。在一些实施例中，可以基于电源104确定由超声设备102产生的超声振动的一个或多个参数。例如，可以基于电源104的输出电压或电流来确定所述超声振动的所述振幅。
在一些实施例中，电源104可以包括外部电源，例如具有家用电源插座或工业电源插座等的电力网络，或其组合。在一些实施例中，电源104可以包括用于发电的交流发电机。电源104可以包括电池，例如锂电池、铅酸蓄电池、镍镉电池、镍金属氢化物电池等或其组合。
控制器106可以控制超声设备102、电源104、操作员控制台108和/或存储设备110。例如，超声设备102可以由控制器106控制以处理(例如，振动)样品(例如，材料的粉末)。控制器106可以控制例如特定频率或振幅的超声振动的产生。在一些实施例中，控制器106可以控制存储设备110，从超声设备102、电源104和/或操作员控制台108获取和/或存储操作数据。所述处理数据可以包括一个或多个处理参数(例如，与所述超声振动有关的参数)，在烧结过程中检测到的所述数据(例如，处理温度、样品的温度变化曲线、样品的相变)。如本文所使用的，响应于所述超声波振动，所述处理温度可以表示用于处理样品(例如，将样品从一个相转变成另一个相)的温度。控制器106可以所述控制操作员控制台108，以显示操作数据。
在一些实施例中，控制器106可以包括处理器，处理核心，存储器等或其组合。例如，控制器106可以包括中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、微控制器单元、微处理器、高级简化指令系统计算机机器处理器(ARM)等，或其组合。
操作员控制台108可以包括用户界面。在一些实施例中，操作员控制台108可以包括输入装置或控制板等。例如，所述输入设备可以为键盘、触摸屏、鼠标、遥控器等或其组合。在一些实施例中，所述用户可以经由包括智能输入设备的多个用户设备输入信息和/或操纵操作员控制台108。例如，所述智能输入设备可以包括语音输入、眼球追踪输入、大脑监测系统或任何其他类似输入机制。其他类型的输入设备可以包括光标控制设备，诸如鼠标、轨迹球或光标方向键等。在一些实施例中，操作员控制台108可以将用户或操作员的命令或指令发送到超声设备102和/或控制器106。在一些实施例中，操作员控制台108可以由用户操作，以设置超声处理系统100的各种参数。例如，用户可以通过操作员控制台108输入超声参数(例如，频率和振幅)。再比如，用户可以设置超声振动处理的时长，所述超声振动是由超声设备102经由操作员控制台108产生的。在一些实施例中，操作员控制台108可以显示，与制造过程中样品的时间和处理温度的关系(例如，以曲线的形式)相关联的信息。
存储设备110可以存储与所述超声处理系统100有关的数据。所述存储的数据可以为处理参数、样品或处理后的样品的信息、所述操作超声设备102的指令和/或信号、与制造过程相关的模型等，或其组合。在一些实施例中，所述处理参数可以包括与制造过程有关的一个或多个参数，诸如温度参数、时间参数、压力参数、超声参数、电源参数等。所述温度参数可以包括样品的特征温度(例如玻璃化转变温度、结晶温度、融化温度等)、升温速率、降温速率等。所述时间参数可以包括在温度范围内处理样品的时长(例如，在玻璃化转变温度到结晶温度之间的范围内，处理样品的时长)、用于升温或降温的时长、用于使样品进行超声振动的时长等。压力参数可以包括由超声设备102或通过任何其他设备(例如，用于放置样品的容器)施加在样品上的压力、气压或其任何组合。在一些实施例中，施加在所述样品上的所述压力可以处于1N到1000N之间。在一些实施例中，施加在所述样品上的所述压力可以大于1000N。所述超声参数可以包括所述超声波的频率、超声波的振幅等等。所述电源参数可以包括输入/输出电压、输入/输出电流、特征功率(例如，最大功率、额定功率等)等。样品或处理后的样品的信息可以包括尺寸(例如粉末的尺寸或处理后的样品中晶粒的尺寸)、机械性能(例如抗张强度，硬度，疲劳强度等)等等。与过程相关的模型可以确定不同加工参数之间的关系、样品属性、处理后的样品的属性等。例如，所述模型可以包括在温度范围内处理样品的时长和处理后的样品中的晶粒的平均线性尺寸之间的关系。
存储设备110可以包括随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等或其组合。随机访问存储器(RAM)可以包括十进计数管、动态随机访问存储器(DRAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、晶闸管随机访问存储器(T-RAM)、零电容随机访问存储器(Z-RAM)等，或其组合。所述只读存储器(ROM)可以包括磁泡存储器、磁按钮线存储器、记忆薄膜、磁板线存储器、磁芯存储器、磁鼓存储器、光盘驱动器、硬盘、闪速存储器等，或其组合。在一些实施例中，存储设备110可以是可移动存储器，例如U盘，U盘能以某种方式从操作员控制台108读取数据和/或将数据写入操作员控制台108。存储设备110还可以包括用于提供计算机程序或其他指令以操作超声处理系统100中的设备/模块的其他类似装置。在一些实施例中，存储设备110可以与一个或多个虚拟存储资源(例如，云存储、虚拟专用网络、其他虚拟存储资源等)在操作上连接，以将数据传输或存储到虚拟存储资源。
超声处理系统100可以连接到网络(图中未示出)。所述网络可以为局域网(LAN)、广域网(WAN)、公共网、私有网、专用网、公共交换电话网(PSTN)、互联网、虚拟网、城域网、电话网等，或其组合。超声处理系统100中的不同设备/模块之间的所述连接可以是有线或无线的。所述有线连接可以包括使用金属电缆、光缆、混合电缆、接口等，或其组合。所述无线连接可以包括使用无线局域网(WLAN)、无线广域网(WWAN)、蓝牙、ZigBee、近场通讯(NFC)等，或其组合。
超声处理系统100的这种描述旨在举例说明，而不是限制本公开的范围。对于本领域技术人员而言，许多替换、修改和变化将是显而易见的。这里描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其他特征可以各种方式组合以获得另外的和/或替代的示例性实施例。在一些实施例中，存储设备110可以为包括云计算平台(诸如公共云，私有云，社区和混合云等)的数据库。在一些实施例中，操作员控制台108和控制器106可以被集成到一个设备/模块中。在一些实施例中，控制器106和存储设备110可以被集成到一个设备/模块中。在一些实施例中，电源104可以与超声设备102集成。诸如此类的变化和修改均包含在本发明的保护范围之内。
基于本发明的一些实施例，图2是一种示例性超声设备的系统方框图；如图所示，超声设备200可以包括超声发生器201、换能器202、压头203、传感器204、振幅调制器205和容器206。在一些实施例中，超声设备200中的不同模块可以通过有线连接、无线连接或其组合相互连接。
超声发生器201可以基于电力生成电信号。在一些实施例中，所述电力可以由电源104提供。在一些实施例中，所述电力可以由超声发生器201产生。所述电力可以包括交流电流、直流电流或其组合。在一些实施例中，所述电信号可以包括正弦信号、脉冲信号等。在一些实施例中，由超声发生器201产生的电信号的频率可以在10kHz到100kHz之间。例如，所述电信号的频率可以包括20kHz、25kHz、28kHz、30kHz、33kHz、35kHz、40kHz、70kHz等中的至少一种。在一些实施例中，所述电信号可以有一个大于100kHz的频率,比如110kHz、120kHz等。在一些实施例中，换能器202的频率可以基于超声发生器201生成的电信号来确定。例如，换能器202的频率可以与电信号的频率相同。
换能器202可以将超声发生器201产生的电信号转换成超声振动。在一些实施例中，由换能器202产生的超声振动可以是10kHz到100kHz范围内的固定频率。例如，所述固定频率可以为20kHz、25kHz、2 8kHz、33kHz、40kHz、60kHz、80kHz、100kHz等。在一些实施例中，所述固定频率可以大于100kHz。在一些实施例中，所述超声振动的频率可以为可调的。例如，可以基于电源104提供的功率(例如，电源104的输出电压)或控制器106的指令来确定可以调频率。再比如，所述可调频率可以由超声发生器201确定。例如，超声发生器201可以包括用于调节频率的调频(FM)装置(例如，FM串联谐振装置)。在一些实施例中，由换能器202产生的超声振动可以具有振幅范围为1μm到80μm的振幅。具体而言，超声波振动的振幅可以是48μm。在一些实施例中，由换能器202产生的超声振动的振幅可以经由振幅调制器205调整。
压头203可以使样品处于由换能器202产生的超声振动中。所述样品可以包括结合图1所述的至少一种材料。压头203可以通过有线连接(例如金属缆线)将换能器202产生的超声振动施加到样品上。在一些实施例中，所述样品上的压头203的超声振动可以由振幅调制器205调制。例如，所述超声振动的振幅可以由振幅调制器205减小或增加。
在一些实施例中，压头203可以沿一个方向(例如，图3中所示的方向z1)振动。在一些实施例中，压头203可以沿不同方向振动。在一些实施例中，压头203可以对样品施加压力。在一些实施例中，所述压力的范围可以在1N到1000N之间。在一些实施例中，所述压力可以大于1000N。在一些实施例中，所述压力可以经由在压头203上提供附加压力的液压设备或气缸获取。只是举个例子，通过液压设备施加在压头203上的压力可以在1kgf/cm2至10kgf/cm2的范围内。
传感器204可以检测在制造过程期间产生的信号。在制造过程期间产生的所述信号可以包括本发明中其它地方所描述的处理参数。所述传感器可以包括热传感器(例如，热电偶探头)、气体传感器、湿度传感器、压阻式传感器、速度传感器、机械传感器等。
在一些实施例中，传感器204可以连接到超声发生器201、换能器202、压头203、振幅调制器205和/或是容器206。例如，传感器204可以包括机械传感器(例如，压力传感器)。所述压力传感器可以连接到压头203以检测施加在样品上的压力。再比如，传感器204可以包括位移传感器。所述位移传感器可以连接到压头203以检测超声振动的振幅。再比如，传感器204可以包括温度传感器。所述温度传感器可以连接到容器206，以在制造过程期间检测样品的温度变化。在一些实施例中，在样品的制造过程期间或之后，由传感器204检测到的信号可以被传送到控制器106、操作员控制台108和/或存储设备110。所述信号可以包括样品的处理温度。在一些实施例中，控制器106可以基于用户或操作员经由操作员控制台108的输入，来控制传感器204，以在样品的制造过程期间检测所述信号。
振幅调制器205可以调整由换能器202产生的超声振动的振幅。在一些实施例中，振幅调制器205可以基于调幅电路，来减小或增大超声振动换能器202的振幅。振幅的调制可以由样品的温度参数来确定。例如，所述样品的结晶温度越高，所述超声振动的振幅就可以越大。所述调幅电路可以包括高电平调幅电路、低电平调幅电路等。所述高电平调幅电路可以包括发射极调幅电路、集电极调幅电路、基极调幅电路等。所述低电平调幅电路可以包括板极调制、海辛调制、控制栅极调制、钳位管调制、多尔蒂调制、反相调制、脉宽调制(PWM)、脉冲宽度调制(PDM)等。
容器206可以被配置为放置样品。容器206可以具有不同形状。在一些实施例中，通过处理样品(例如金属粉末)获得的处理后的样品(例如块体材料)的形状可以由容器206的形状确定。在一些实施例中，容器206可以包括模具，并且处理后的样品的形状可以由模具的形状确定。所述处理后的样品的形状可以为立方体、球体、硬币、圆柱体或任何其他形状。在一些实施例中，所述模具可以包括特定结构，诸如多孔结构、螺纹结构等
超声设备200的描述旨在举例说明，而非限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，许多替换、修改和变化将是显而易见的。这里描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其他特征可以以各种方式组合以获得另外的和/或替代的示例性实施例。例如，超声发生器201和换能器202可以集成到一个设备/模块中。在一些实施例中，振幅调制器205和换能器202可以集成到一个设备/模块中。在一些实施例中，振幅调制器205可以被移除。在一些实施例中，超声设备200可以包括一个或多个辅助设备和/或模块。例如，超声设备200可以包括真空装置，以保存在真空环境下或氧含量较低的环境下处理的样品。再比如，超声设备200可以包括用于在超声振动的处理期间加热样品的辅助装置。再比如，超声设备200还可以包括液压装置或气缸，以在处理期间施加压力于，比方说压头203。诸如此类的变化和修改均包含在本发明的保护范围之内。
基于本发明的一些实施例，图3是一张截面图，所述截面图用于说明示例性超声处理系统300的一部分。如图所示，材料308的粉末可以限制在容器中。材料的粉末可以包括金属粉末、聚合物粉末、合金粉末、陶瓷粉末等中的至少一种。在一些实施方案中，所述粉末可以是非晶的、结晶的，或其组合。所述容器可以由基板304和一个或多个侧壁302形成。在一些实施例中，基板304可以从一个或多个侧壁302上拆卸下来。在一些实施例中，一个或多个侧壁302可以沿着基板304上的一个或多个轨道移动。例如，基板304可以包括一个或多个凹槽，并且一个或多个侧壁302可以沿着所述凹槽移动。在一些实施例中，容器的容量可以通过将一个或多个侧壁302滑向所述容器中心或从容器中心向外滑动来调节。在一些实施例中，通过朝着所述容器的中心滑动一个或多个侧壁302，可以在所述粉末上施加一个或多个侧向压力。例如，响应于侧壁302在z2方向上的移动，可以在所述容器中的粉末上施加侧向压力。在一些实施例中，所述侧向压力的范围可以在1N到1000N之间。在一些实施例中，所述侧向压力可以大于1000N。在一些实施例中，可以通过将一个或多个侧壁302从所述容器中心向外滑动来减小所述侧向压力。在一些实施例中，侧壁302和基板304可以集成为整体结构。由超声换能器(例如，图2所示的换能器202)产生的、或者由所述振幅调制器调制的超声振动可以传输到压头306，以振动所述材料的粉末。压头306可以在z1方向上振动。在一些实施例中，所述z1方向可以垂直于基板304的上表面。在一些实施例中，当压头306与所述粉末接触时，压头306可以对所述粉末施加压力。在一些实施例中，所述压力的范围可以在1N到1000N之间。在一些实施例中，所述压力可以大于1000N。在一些实施例中，由压头306施加在所述粉末上的压力，可以通过在压头306上提供附加压力的液压设备或气缸来增加。
因此，当所述粉末在压头306和/或侧壁302的压力下进行振动时，可以在所述粉末之间产生热量。然后，当温度达到某个阈值时，所述粉末可以转变成另一相位或另一种形式(例如块体形式)。因为使用超声波振动处理的温度上升是有限的，所以在一些实施例中，为了克服所述限制，可以将补充加热模块添加到基板，以在所述处理期间额外加热温度。此外，可以在烧结室中加入真空模块，来降低所述处理过程中的氧含量，进而提高所得块体材料的纯度。
基于本发明的一些实施例，图4是一张截面图，所述截面图用于说明示例性超声处理系统的一部分。如图所示，超声处理系统400可以包括压头406a和压头406b。容器可以由一个或多个侧壁402、超声识别器406a和超声压头406b形成。如结合图3所述的材料的粉末可以放在容器中进行处理。在一些实施例中，压头406a和压头406b可以沿相同的方向，例如，z1方向振动。在一些实施例中，压头406a和压头406b可以在不同的方向上振动。例如，识别器406a可以在垂直于识别器406b的振动方向的方向上振动。在一些实施例中，压头406a和压头406b的振动方向可以处于垂直方向。在一些实施例中，压头406a和压头406b的振动方向可以处于水平方向。在一些实施例中，一个压头(例如，压头406b)可以在垂直方向上振动，而且另一个压头(例如压头406a)可以在水平方向上振动。
在一些实施例中，超声处理系统400可以包括两个以上在不同方向上振动的压头。例如，超声设备400可以包括三个压头。每两个相邻的压头之间形成的角度可以相同或不同。
在一些实施例中，当压头406a和压头406b与所述粉末接触时，压头406a和压头406b可以对所述粉末施加相同的压力或不同的压力。此外或可以选择地，响应于一个或多个侧壁402中的至少一个朝着所述容器的中心移动，侧向压力可以通过一个或多个侧壁中的至少一个，对所述材料的粉末施加压力。所述移动可以由操作员手动和/或通过计算机来操纵。在一些实施例中，由压头406a和/或406b施加在粉末上的压力可以通过液压设备或气缸增加。
所述描述旨在举例说明，而非限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，许多替换、修改和变化将是显而易见的。这里描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其他特征可以以各种方式组合以获得另外的和/或替代的示例性实施例。例如，压头406a和压头406b可以具有不同形状。诸如此类的变化和修改均包含在本发明的保护范围之内。
基于本发明的一些实施例，图5描述了烧结至少一种材料的粉末的过程。
在502中，至少一种材料的粉末可以放置在容器中。所述至少一种材料可以包括本发明其他地方所述的金属材料、聚合物材料、无机非金属材料、复合材料等或其组合。在一些实施方案中，所述至少一种材料的粉末可以为非晶的、结晶的，或其组合。
所述至少一种材料的粉末可以对应于多个特征参数，包括粉末的密度、颗粒的平均线性尺寸、粉末的质量、所述至少一种材料的特征温度等。在一些实施例中，颗粒的平均线性尺寸可以在20μm至100μm的范围。在一些实施例中，颗粒的平均线性尺寸可以在1μm至1mm的范围内。在一些实施例中，所述至少一种材料的特征温度可以包括玻璃化转变温度(Tg)、结晶温度(Tm)、流动温度(Tf)、分解温度(Td)等。
在504中，所述粉末可以处于第一振幅的超声振动中。在一些实施例中，所述第一振幅可以由换能器202和/或如图2所示的振幅调制器205确定。在一些实施例中，振幅调制器205可以调制由，例如所述超声换能器202，产生的所述超声振动的振幅。
在一些实施例中，所述第一振幅可以基于至少一种材料的一个或多个特征参数来确定。例如，特征温度(例如结晶温度)越高，所需要第一振幅可能越大。再比如，平均线性尺寸越大，所需要所述第一振幅可能越大。在一些实施例中，所述第一振幅可以在5μm到25μm的范围内。在一些实施例中，所述第一振幅可以在40μm到80μm的范围内。在一些实施例中，所述第一振幅可以在30μm到100μm的范围内。在一些实施例中，所述第一振幅可以大于100μm。
在一些实施例中，所述第一振幅的超声振动的频率可以在本发明的其他地方找到。
在一些实施方案中，所述粉末可以通过，例如，一个或多个负荷施加压力。所述负荷可以在5N到10N、3N到15N等范围内提供恒定的压力值。在一些实施例中，所述压力可以在处理粉末期间发生变化。在一些实施例中，可以在平行于所述超声振动的方向的方向上施加压力。在一些实施例中，可以在垂直于所述超声振动的方向的方向上施加压力。在一些实施例中，当所述超声振动与所述粉末接触时，所述压力可以由，例如压头203施加。在一些实施例中，在使所述粉末进行所述超声波振动之前，可以通过，例如，容器206(例如，侧壁302和/或基板304)对所述粉末施加压力。例如，操作者可以手动地朝所述容器的中心移动一个或多个侧壁，以对所述容器中的粉末施加应力。
在一些实施例中，由压头203施加在所述粉末上的压力，可以通过在压头203(即压头306)上提供压力的液压设备或气缸增加。例如，由液压设备提供的压力可以在1kgf/cm2到10kgf/cm2的范围内。特别地，所述粉末可以在真空环境下处理。
在一些实施方案中，所述粉末可以在厌氧环境下处理。所述厌氧环境可以包括一种或多种稀有气体，例如氮气(N2)、氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)等，或其组合。
在506中，响应于所述超声振动，粉末可以以对应于所述第一振幅的第一升温速率被加热。经受第一振幅的超声振动的粉末，可以处于所述第一振幅或小于所述第一振幅的振动中。基于所述超声波振动，可以以所述第一升温速率加热所述粉末。在一些实施例中，所述第一升温速率可以基于所述第一振幅和所述超声振动的频率来确定。在一些实施例中，所述第一振幅越大，所述第一升温速率可以越高。在一些实施例中，所述超声振动的频率越高，所述第一升温速率可以越高。
在一些实施例中，所述第一升温速率可以基于至少一种材料的粉末的一个或多个特征参数来确定，例如，所述粉末的质量、所述粉末的平均线性尺寸等。例如，当所述粉末的平均线性尺寸较大时，所述第一升温速率可以更小。在一些实施例中，可以基于施加在所述粉末上的压力来确定所述第一升温速率。例如，当所述压力较大时，所述第一升温速率可以较高。
在一些实施例中，响应于所述超声振动的第一升温速率可以在800℃/s至3000℃/s的范围内。如本文所述，所述第一升温速率可以是从室温到特征温度(例如，玻璃化转变温度、结晶温度等)的平均升高速率。
在508中，所述粉末可以在对应于所述第一升温速率的第一温度范围内被处理。在一些实施例中，所述粉末可以以所述第一升温速率加热至第一温度范围内的温度。然后，所述粉末的处理温度可以保持在所述第一温度范围内。在一些实施例中，所述粉末的第一特征温度可以包括玻璃化转变温度、结晶温度、融化温度、流动温度、分解温度等。
在一些实施例中，所述第一温度范围可以在所述第一特征温度到第二特征温度的范围内。所述粉末的第二特征温度可以包括玻璃化转变温度、结晶温度、融化温度、流动温度、分解温度等。例如，所述第一特征温度可以是玻璃化转变温度，并且所述第二特征温度可以是结晶温度。再比如，所述第一特征温度可以是结晶温度，并且所述第二特征温度可以是融化温度。再比如，所述第一温度范围可以从结晶温度变化到分解温度。
在所述第一温度范围内，所述粉末的相位可以响应于温度变化而改变。例如，在聚合物材料的玻璃化转变温度或之上，聚合物材料的粉末可以将相位从玻璃态转变为高弹性态。再比如，处于非晶态的合金材料的粉末可以在所述合金材料的结晶温度和所述合金材料的融化温度之间的处理温度下转变成结晶态。
在一些实施例中，所述粉末可以在第一温度范围内用所述超声振动处理一段时长。在一些实施例中，所述时长可以在0.5s到5s的范围内。例如，在所述第一温度范围内，用所述超声振动的时长可以是2s。
在一些实施例中，可以调整所述超声振动的第一振幅，使得所述粉末的处理温度可以保持在所述第一温度范围内。例如，当在所述第一温度范围内处理粉末的时长增加时，所述第一振幅可以减小。再比如，当在所述第一温度范围内处理粉末的时长减少时，所述第一振幅可以增加。
在510中，可以获取块体材料。所述块体材料可以为非晶的、结晶的，或其组合。在一些实施例中，当所述第一温度范围为至少一种材料的玻璃化转变温度到所述至少一种材料的结晶温度时，所述块体材料可以是非晶的。在一些实施例中，当所述第一温度范围为至少一种材料的结晶温度到融化温度，或所述至少一种材料的分解温度时，所述块体材料可以是结晶的。
在一些实施例中，所述块体材料可以由多个晶粒组成。在一些实施例中，所述多个晶粒可以是纳米晶粒。例如，所述多个晶粒的线性尺寸的平均值(也称为平均线性尺寸)可以在10nm到50nm之间。或者，所述多个晶粒的线性尺寸的平均值可以大于50nm。在一些实施例中，可以基于所述超声振动的第一振幅确定块体材料中多个晶粒的平均线性尺寸。表1示出所述超声振动的第一振幅与所述块体材料中的多个晶粒的平均线性尺寸之间的示例性关系。钛铌铜镍铝合金的所述粉末在液压设备或气缸提供的4kgf/cm2的压力下，经不同振幅的超声振动处理2s。所述超声波振动的频率是20kHz。
表1
样品 振幅(μm) 多个晶粒的平均线性尺寸(nm)
1 33.6 29
2 38.4 34
3 43.2 35
应该注意，所述成像系统的描述旨在举例说明，并不用于限制本发明的保护范围。本领域技术人员能够理解，本发明所披露的内容可以出现多种变型和改进。诸如此类的变形，均在本发明的保护范围之内。在一些实施例中，所述材料的粉末可以在放入容器之前进行预加工。在一些实施例中，510中获得的所述块体材料可以处于第二振幅的超声振动中以进行处理，来修改表面层，以便例如在所述块体材料的表层添加涂层。
基于本发明的一些实施例，图6描述了烧结至少一种材料的粉末的过程。在一些实施例中，过程600可以由操作员控制台108和/或控制器106执行。在一些实施例中，过程600可以用于确定一个或多个处理参数。例如，可以由操作员控制台108(例如，键盘)确定与块体材料相关的一个或多个预期参数，例如所述块体材料中的多个晶粒的平均线性尺寸。
在602中，可以确定块体材料中多个晶粒的平均线性尺寸。在一些实施例中，所述材料可以包括合金材料，聚合物材料、纯金属材料、无机非金属材料等，正如本发明中其他地方所述。
在一些实施例中，所述块体材料可以由多个晶粒组成。在一些实施例中，所述多个晶粒可以是纳米晶粒。例如，所述多个晶粒的所述线性尺寸的平均值可以在10nm至50nm之间。或者，所述多个晶粒的线性尺寸的平均值可以大于50nm。在一些实施例中，所述多个晶粒的平均线性尺寸可以涉及一个或多个处理参数，包括本发明其他地方所述的温度参数、时间参数、压力参数、超声参数和电源参数。
在一些实施例中，可以生成描述所述多个晶粒的平均线性尺寸和一个或多个处理相关参数之间关系的模型。在一些实施例中，可以基于控制变量法来建立所述模型。在一些实施例中，可以基于粉末烧结的多个实验、粉末烧结的多个计算机模拟实验或其组合来建立所述模型。例如，可以建立描述一个或多个超声参数与块体材料中多个晶粒的平均线性尺寸之间的关系的模型。再比如，可以建立描述处理时间和块体材料中多个晶粒的平均线性尺寸之间的关系的模型。在一些实施例中，所述模型可以存储在存储设备(例如，存储设备110)中。
在604中，可以基于在步骤602中确定的多个晶粒的平均线性尺寸来确定一个或多个温度参数。所述温度参数可以包括本发明其他地方所述的特征温度、处理温度、升温速率、降温速率等。在一些实施例中，所述升温速率可以基于所述超声参数来确定。在固定时长内，所述特征温度越高，所述升温速率可以越高。
在一些实施例中，可以基于升温速率来确定块体材料中的多个晶粒的尺寸。所述所述温速率越高，块体材料中多个晶粒的尺寸越小。
在606中，可以基于所述温度参数来确定超声振动的频率。在一些实施例中，超声振动的所述频率可以基于所述超声振动的频率与所述温度参数(例如，升温速率、一个或多个特征温度等)之间的关系来确定。在一些实施例中，所述超声振动的频率越大，所述升温速率越高。在一些实施例中，所述超声振动的频率可以基于一个或多个特征温度来确定。例如，当所述处理温度在所述材料的结晶温度到所述材料的融化温度之间时，可以获得所述块状材料中的多个晶粒。然后，可以确定所述超声波振动的频率，使得所述粉末材料可以加热至高于或等于结晶温度的温度。
在608中，可以基于所述温度参数来确定所述超声振动的振幅。在一些实施例中，可以基于模型(例如，振幅和温度参数之间的关系)来确定所述超声振动的振幅。在一些实施例中，所述超声振动的振幅越大，所述升温速率越高。在一些实施例中，所述超声振动的所述振幅可以基于一个或多个特征温度来确定。例如，当所述处理温度在结晶温度到融化温度之间时，可以获得所述块体材料中的多个晶粒。然后，可以确定所述超声波振动的振幅，使得所述材料的粉末可以加热至高于或等于结晶温度的温度。
在一些实施例中，可以确定所述超声振动的振幅以将所述处理温度保持在结晶温度到融化温度之间。
在610中，可以通过使粉末进行所述超声振动来获取块体材料。所述材料的粉末可以在步骤606中确定的频率和/或在步骤608中确定的振幅进行所述超声振动。
在一些实施例中，在温度范围内处理所述材料的粉末(例如，如结合图7所述的平台期T2)的时长，可以基于所述时长与多个晶粒的平均线性尺寸之间的关系，和/或一个或多个温度参数来确定。例如，多个晶粒的平均线性尺寸越大，处理所述材料的粉末的时长可以越长。在一些实施例中，所述时长可以包括在结晶温度到融化温度之间的温度范围内的处理时间。
在一些实施例中，可以基于多个晶粒的压力和平均线性尺寸之间的关系来确定施加在所述材料的粉末上的压力。在一些实施例中，所述压力可以与压头和施加压头上的压力有关。施加在所述压头上的压力可以由例如液压设备或气缸提供。
应该注意，所述成像系统的描述旨在举例说明，并不用于限制本发明的保护范围。本领域技术人员能够理解，本发明所披露的内容可以出现多种变型和改进。诸如此类的变形，均在本发明的保护范围之内。例如，过程600中的不同步骤可以同步执行。
基于本发明的一些实施例，图7是烧结粉末过程中的示例性温度曲线图。可以通过基于超声振动加热钛铌铜镍铝的粉末来获取所述温度曲线。钛铌铜镍铝的所述粉末是非晶的。所述粉末的平均线性尺寸是20μm。钛铌铜镍铝合金的所述粉末在4kgf/cm2的压强下进行处理。使所述粉末进行超声振动的时长为2s，所述超声振动的频率为20kHz，所述超声振动的振幅为0.384μm。可以获取由多个晶粒组成的块体材料。结合图8A和图8B描述所述多个晶粒的线性尺寸。
基于热电偶检测所述粉末的处理温度。如图所示，所述温度曲线可以包括三个阶段：升温阶段T1、平台阶段T2、和冷却阶段T3。在所述升温阶段T1中，所述温度在0.5s内从约25℃的室温升至约450℃。所述平均升温速率约为840℃/s。所述最大升温速率约为1700℃。在所述升温阶段T1中，至少一部分所述粉末的相位可以从玻璃态变为流态(也称为玻璃化转变)。在所述平台阶段T2中，所述粉末的处理温度在一定范围内波动，例如从约450℃变化约560℃。在一些实施例中，所述结结晶温度和/或融化温度可以在平台阶段T2的温度范围内。所述粉末可以在阶段T2中结晶。在所述冷却阶段T3，所述最大降温速率约为5000℃/s。
结合图5所述，在一些实施例中，通过调整一个或多个处理参数，例如所述超声振动的振幅，可以使所述块体材料成为非晶态。例如，当调节所述超声波振动的振幅以使所述材料的玻璃化转变温度处于所述平台阶段T2的温度范围内时，可以获得块体材料的非晶态。然后，在所述平台阶段T2中，所述处理温度可以在所述玻璃化转变温度到结晶温度之间的温度范围内。然后，在所述冷却阶段T3中，所述样品可以快速冷却，并且可以获得非晶态的块状材料。
基于本发明的一些实施例，图8A是块体材料的透射电子显微镜(TEM)照片。结合图7所述，可以通过使钛铌铜镍铝合金的粉末进行超声振动来获取所述块体材料。所述钛铌铜镍铝合金可以是多个晶粒组成的晶体。所述多个晶粒的平均尺寸在10nm到50nm之间。
基于本发明的一些实施例，图8B是描述图8A所示的块体材料中的多个晶粒的尺寸分布的图表。如图所示，所述钛铌铜镍铝合金中的多个晶粒的尺寸在10nm到40nm之间。特别地，所述多个晶粒的尺寸主要分布在20nm至35nm之间。大约30％的所述多个晶粒的尺寸在23nm到26nm之间。所述钛铌铜镍铝合金还要用压痕法检测。所述钛铌铜镍铝合金块体的硬度为11GPa，所述钛铌铜镍铝合金块体的强度为3.6GPa。相对于非晶的钛铌铜镍铝合金，具有纳米晶粒的钛铌铜镍铝合金块体的强度可以增加200％。
所述描述旨在举例说明，而非限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，许多替换、修改和变化将是显而易见的。这里描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其他特征可以以各种方式组合以获得另外的和/或替代的示例性实施例。诸如此类的变化和修改均包含在本发明的保护范围之内。
应当注意，以上实施例的描述旨在理解本发明，并不用于限制本发明的保护范围。本领域技术人员能够依据本发明进行各种变化和改进。诸如此类的变化与改进，均在本发明的保护范围之内。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于阅读此发明后的本领域的普通技术人员来说，上述发明披露仅作为示例，并不构成对本发明的限制。虽然此处并未明确说明，但本领域的普通技术人员可以进行各种变更、改良和修改。该类修改、改进和修正在本发明中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本发明示范实施例的精神和范围。
同时，本发明使用了特定词语来描述本发明的实施例。同时，本发明使用了特定术语来描述本发明的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本发明至少一个实施例相关的某一特征、结构或特性。因此，应当强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定系指同一实施例。此外，本发明的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特性可以进行适当的组合。
此外，本领域技术人员可以理解，本发明的各方面可以通过若干具有可以专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本发明的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可以被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本发明的各方面可以呈现为位于一个或多个计算机可读媒体中的计算机产品，该产品具有计算机可读程序编码。
计算机可读信号介质可以包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。此类传播信号可以有多种形式，包括电磁形式、光形式等或其任何合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质、或任何上述介质的组合。
本发明各方面操作所需的计算机程序码可以用一种或多种程序语言的任意组合编写，包括面向对象程序设计语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python或类似物，常规程序化程序设计语言如「C」语言、Visual Basic、Fortran2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态程序设计语言如Python、Ruby和Groovy，或其他程序设计语言或类似物。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。
此外，除非权利要求中明确说明，本发明所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本发明流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本发明实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本发明披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本发明的实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本发明对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，发明主体的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值基于个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本发明一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可以行范围内尽可以精确。
本文中提及的所有专利、专利发明、专利发明公布和其他材料(如论文、书籍、说明书、出版物、记录、事物和/或类似的东西)均在此通过引用的方式全部并入本文以达到所有目的，与上述文件相关的任何起诉文档记录、与本文件不一致或冲突的任何上述文件或对迟早与本文件相关的权利要求书的广泛范畴有限定作用的任何上述文件除外。举例来说，如果任何并入材料相关的与本文件相关的描述、定义和/或术语使用之间有任何不一致或冲突，那么本文件中的描述、定义和/或术语使用应当优先。
应当理解的是，本发明中所述实施例仅用以说明本发明实施例的原则。可以使用的其他修改可以在本发明的范畴之内。因此，举例来说而非限制，可以基于本文中的教导使用本发明的实施方案的替代构造。因此，本发明的实施方案不严格限于如图所示和所述的实施方案。

Claims (23)

1.一种方法，包括：
使至少一种材料的粉末处于第一振幅的超声振动中；
响应于所述超声振动，用对应于所述第一振幅的第一升温速率加热所述粉末；
在对应于所述第一升温速率的温度范围内处理所述粉末，其中，所述温度范围包括第一温度，所述第一温度被配置为高于所述至少一种材料的特征温度；和
获得多个晶粒组成的块体材料，所述多个晶粒的平均线性尺寸等于或大于10nm。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述粉末是非晶态的。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一种材料的粉末包含聚合物粉末、金属粉末、合金粉末或陶瓷粉末中的至少一种。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述特征温度是所述至少一种材料的结晶温度。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个晶粒的平均线性尺寸是基于所述第一升温速率和所述第一温度来确定的。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述多个晶粒的平均线性尺寸是基于在所述温度范围内处理所述粉末的时长、施加在所述粉末上的压力或所述多个晶粒中的每一个所对应的粉粒的线性尺寸来进一步确定的。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述超声振动的频率在10kHz到100kHz之间。
8.如权利要求1所述的方法，还包括将所述粉末置于模具中，其中，所述块体材料的形状由所述模具的形状确定。
9.一种方法，包括：
使至少一种材料的粉末处于第一振幅的超声振动中；
响应于所述超声振动，用对应于所述第一振幅的第一升温速率加热所述粉末；
在对应于所述第一升温速率的温度范围内处理所述粉末，其中，所述温度范围包括第一温度，所述第一温度被配置在所述至少一种材料的第一特征温度与所述至少一种材料的第二特征温度之间；和
以第一降温速率获得块体材料，其中，所述块体材料是非晶态的。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述粉末是非晶态的。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述至少一种材料的粉末包含聚合物粉末、金属粉末、合金粉末或陶瓷粉末中的至少一种。
12.如权利要求9所述的方法，其中，所述第一特征温度是所述至少一种材料的玻璃化转变温度。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述第二特征温度是所述至少一种材料的结晶温度。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述第二特征温度是所述至少一种材料的融化温度。
15.如权利要求9所述的方法，其中，所述超声振动的频率在20kHz到100kHz之间。
16.如权利要求9所述的方法，还包括将所述粉末置于模具中，其中，所述块体材料的形状由所述模具的形状确定。
17.如权利要求9所述的方法，其中，所述块体材料的非晶态是基于在所述温度范围内处理所述粉末的时长、施加在所述粉末上的压力或粉粒的线性尺寸来进一步确定的。
18.一个系统，包括：
超声发生器，所述超声发生器用于生成电信号；
换能器，所述换能器用于基于所述电信号产生第一振幅的超声振动；和
压头，所述压头用于，响应于所述超声振动，用对应于所述一振幅的第一升温速率加热至少一种材料的粉末，和在对应于所述第一升温速率的温度范围内处理所述粉末，其中，所述温度范围包括第一温度，所述第一温度被配置为高于所述至少一种材料的第一特征温度。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述至少一种材料的所述至少一个特征温度包括玻璃化转变温度、结晶温度或融化温度。
20.如权利要求18所述的系统，其中，所述粉末是非晶的或结晶的。
21.如权利要求18所述的系统，其中，所述至少一种材料的粉末包括聚合物粉末、金属粉末、合金粉末或陶瓷粉末中的至少一种。
22.如权利要求18所述的系统，其中，所述超声振动的频率在10kHz到100kHz之间。
23.如权利要求18所述的系统，还包括用于放置所述至少一种材料的粉末的模具。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110390319A (zh) * 2019-07-30 2019-10-29 Oppo广东移动通信有限公司 指纹识别方法及相关产品
CN111531175A (zh) * 2020-05-09 2020-08-14 苏州大学 粉末浆料超声场助压印成型微结构装置
CN113881882A (zh) * 2020-07-03 2022-01-04 中国科学院物理研究所 冰川态合金及其制备方法和应用

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11214002B2 (en) * 2019-10-18 2022-01-04 Hamilton Sundstrand Corporation Additively manufacturing of amorphous structures

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6126703A (ja) * 1984-07-13 1986-02-06 Riken Corp 非晶質金属成形体の製造方法
CN101962743A (zh) * 2010-10-20 2011-02-02 燕山大学 晶粒尺寸细小的TiNi块体纳米晶材料的制备方法
CN104729294A (zh) * 2015-03-20 2015-06-24 重庆科技学院 一种超声波振动活化辅助微波烧结炉
CN105216190A (zh) * 2015-10-17 2016-01-06 深圳大学 一种带有测温模块的可视化超声塑化成型装置及成型方法
CN105537585A (zh) * 2016-01-21 2016-05-04 东北大学 一种实现金属间化合物高性能振压成形设备及其使用方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6126703A (ja) * 1984-07-13 1986-02-06 Riken Corp 非晶質金属成形体の製造方法
CN101962743A (zh) * 2010-10-20 2011-02-02 燕山大学 晶粒尺寸细小的TiNi块体纳米晶材料的制备方法
CN104729294A (zh) * 2015-03-20 2015-06-24 重庆科技学院 一种超声波振动活化辅助微波烧结炉
CN105216190A (zh) * 2015-10-17 2016-01-06 深圳大学 一种带有测温模块的可视化超声塑化成型装置及成型方法
CN105537585A (zh) * 2016-01-21 2016-05-04 东北大学 一种实现金属间化合物高性能振压成形设备及其使用方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曾昆等: ""微塑件超声模压成型对等规聚丙烯结晶行为的影响"", 《高分子材料科学工程》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110390319A (zh) * 2019-07-30 2019-10-29 Oppo广东移动通信有限公司 指纹识别方法及相关产品
CN110390319B (zh) * 2019-07-30 2021-06-25 Oppo广东移动通信有限公司 指纹识别方法及相关产品
CN111531175A (zh) * 2020-05-09 2020-08-14 苏州大学 粉末浆料超声场助压印成型微结构装置
CN113881882A (zh) * 2020-07-03 2022-01-04 中国科学院物理研究所 冰川态合金及其制备方法和应用

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