雷射氣相法生產納米粉的新型反應室光路系統的製作方法
2023-06-14 04:14:11 2
專利名稱：雷射氣相法生產納米粉的新型反應室光路系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於氣相雷射法生產納米粉技術領域，尤其涉及該技術的反應室光路系統。
矽基納米粉的生產工藝有多種，如液相法、沉澱法、氣相法等，其中雷射氣相法被認為是世界上最先進的方法，屬於高科技範疇，其技術高難、複雜。目前，只有美國、日本及中國掌握該技術方法，公開號為CN1228398A的專利申請公開了「一種雷射氣相合成納米粉反應裝置」，該裝置技術經本申請人在工業化批量生產合法使用後發現其光路系統存在以下問題，主要表現為(一)光軸漂移致使雷射不能按光路系統完全返回，造成燒噴嘴，炸鏡片、燒設備等嚴重後果，既影響了正常生產，也帶來巨大經濟損失。
(二)光斑體積形狀不規則反應區光斑體積形成是雷射在反應室多次折射的結果，它在反應室中心聚焦疊加以形成高溫反應區。由於光斑漂移，因此在實際調整光路過程中很難把焦點調至最佳狀態。光斑體積投影面積可在8×10-18×24之間漂移，有時會更大，使得反應區在同一橫截面的氣流場與溫度場不相一致，氣體反應時間也呈不一狀態，這樣有部分粒子會重新聚合。結果使粒徑大小不一，即dmax/davc值變化大，這就嚴重影響了粉體粒徑的技術指標。
上述問題直接影響工業批量生產，因此有必要對現有光路系統進行改造，以克服上述缺陷。
本發明的目的是提供一種改進了的光路系統，使其有效地消除光軸漂移現象，並解決了同一橫截面氣流場和溫度場不一致以及反應時間過長的問題。
本發明通過以下技術方案完成從研究現有技術的光路系統的工藝原理出發，可以看出入射雷射如果通過一個設定孔徑的攔光器，然後再通過反應室鏡面的多次反射，使超出攔光器孔徑的雷射被攔光器攔截吸收，則其餘雷射在反應室中心聚焦(由於攔光器作用)而形成縱向高度一定，體積形狀規則的光斑。
為使輸入反應室並被攔光器攔截的雷射所產生的能量能完全排出反應室以外，以不影響反應室內正常工藝條件下的溫度場和壓力場，特加設攔光器水冷系統。
本發明有益效果；(一)解決光路系統中雷射光軸的漂移問題；(二)使反應區光斑體積形狀規則，並可按要求調整光斑縱向距離；(三)使反應區氣流場和溫度場在同一橫截面完全一致並實現可控；(四)使反應氣體在反應區內經歷的時間相同，粒子從成核長大到終止，時間分步進行；反應時間可控在10-6s範圍；冷卻速度在10-5-10-6c/s(五)粒徑均勻，達到dmax/dave≤2，dave≤30nm。
圖1為本發明光路系統示意圖；圖2為攔光器及水冷系統示意圖；圖3為加攔光器前後光斑形狀變化圖。
以下接合
實施例如圖1所示，反應室光路系統由1個透射鏡F和9個球面反射鏡MR及帶水冷攔光器K構成，雷射束垂直通過透射鏡F而進入反應室，透射鏡F和第一球面反射鏡MR1中心連線通過反應區中心點A，其餘球面反射鏡MR2、MR3、MR4、……MR9兩兩一組中心連線通過中心點A，另外除最後一個球面反射鏡MR9外，其他球面反射鏡MR1-MR8皆與入射雷射呈角度放置，使其反射光線到達下一個球面反射鏡MR2→MR9的中心。最後一個球面反射鏡MR9與入射光垂直放置。L為CWCO2雷射器功率為2KW，透鏡F的焦距為f=2.8m，材料為ZnSe和GaAs兩種；FA=2m，球面反射鏡曲率半徑R1=R2=……R9=1.5m，均為銅質鍍金球面反射鏡。攔光器材料為銅，孔徑大致8×80mm，入射雷射通過攔光器設定的孔徑，通過反應室球面反射鏡多次反射，而超過攔光器孔徑雷射被攔截吸收，其餘雷射則在反應室中心點聚焦，由於攔光器的作用而形成縱向高度一定，體積形狀規則的光斑。
如圖2所示，攔光器5與反應噴嘴6安裝距離為60mm，其與反應室底面平行，攔光器的外形尺寸為140×60×20mm，其上下位置可根據光路調整，水冷系統用φ8銅管連接，圖中1為反應室底，2為活法蘭，3為螺栓，4為水冷管，5為攔光器，6為反應噴嘴，7為底板，8為導柱，9為卡套，10為管接頭。
權利要求
1.雷射氣相法生產納米粉的新型反應室光路系統由一透射鏡及一組球面反射鏡構成，其特徵在於1)在靠近反應室反應區中心點與反應室底面平行，設置帶有透光孔徑的欄光器，使入射雷射通過該孔徑後在球面鏡上進行多次反射，而超出孔徑的雷射則被欄光器阻攔從而被吸收；2)所述攔光器帶有一水冷裝置以便即時帶走被吸收的雷射能量。
2.如權利要求1所述的雷射氣相法生產納米粉的新型反應室光路系統，其特徵在於所述欄光器孔徑形狀為扁矩形。
3.如權利要求1所述的雷射氣相法生產納米粉的新型光路系統，其特徵在於所述攔光器材料為金屬銅。
全文摘要
本發明為一種改進了的雷射氣相法生產納米粉的反應室光路系統,系統在原有光路系統中與底面平行設置攔光器,該攔光器中有一扁矩形透光孔,雷射通過透光孔在球面鏡上進行多次反射,透光孔外雷射被攔光器阻攔吸收,為即時帶走被吸收的雷射能量,特為攔光器設置水冷系統。用上述新型反應室光路系統使雷射在反應室中心聚焦形成縱向高度一定,體積形狀規則的光斑,從而解決了雷射光軸的飄移問題。
文檔編號C04B35/565GK1286153SQ0012479
公開日2001年3月7日 申請日期2000年9月18日 優先權日2000年9月18日
發明者史清河, 沈懷營, 陳偉 申請人:黑龍江中超納米產業股份有限公司