[发明专利]一种激光气相合成纳米粉反应装置

说明书

本发明涉及激光气相合成法制备纳米(硅基)陶瓷粉技术，特别是充分利用激光光能，提高粉体产率和降低制备成本的方法和技术。

理想高纯、超细、均匀非团聚的纳米粉末的制备，在当前纳米材料科学研究中占据着重要的地位。纳米粉体的制备合成方法很多。但是激光气相合成法被国际公认为是目前最先进最有前途的一步合成纳米粉体的制备技术。目前国内外研究的主攻方向是提高粉体产率、降低粉体制备成本。其中提高激光光能利用率是有效的手段之一。目前比较普遍使用的光学系统有以下几种：(1)直反式，如图1所示。如果所用透镜和反射镜的吸收率均为3％，反应物的吸收率为10％。则此系统的激光光能利率为17.6％。(2)十字交叉式，如图2所示。该系统激光光能利用率为28％。这两种方法主要有以下缺点，①激光光能利用率低，只有17.6％和28％，大量激光光能没有被反应物吸收利用上，而被白白浪费掉。②激光对反应物加热不够均匀。直反式光学系统只在两个方向上对反应物进行加热，而十字交叉式光学系统在四个方向上对反应物加热，这种加热的不均匀必然造成反应物温度分布不均匀，以及反应程度、合成粒子粒径的不均匀。③有较强的没被利用的激光光能反射回激光器，它们分别占输出功率的70％和42％，这么大的激光功率，反射回激光器必然对激光器输出窗口镜片的使用寿命、激光器工作的稳定性、输出激光功率及模式的稳定性都有极大的影响，甚至造成镜片的损坏。

本发明的目的在于提供一种能充分利用激光能量，对反应物均匀加热，对激光器使用寿命、工作稳定性、发光光束质量等影响较小，制造成本较低的适合于工业化生产理想纳米粉的激光气相合成纳米粉反应装置。

本发明提供了一种激光气相合成纳米粉反应装置，由激光源、真空系统、粉体收集、反应室、控制系统六大部分构成，其特征在于：反应室的光路系统由1个透射镜F和2n+1个球面反射镜平面设计构成，n＝1～20；激光束垂直通过透射镜F进入反应室，透射镜F和第一个球面反射镜MR₁中心连线通过反应区中心点A，其余球面反射镜MR_2i、MR_2i+1两两一组中心连线通过A，另外除最后一个球面反射镜MR_2n+1外，每个球面反射镜MR_2i-1、MR_2i与入射激光呈角度放置，使其反射光线到达下一个球面反射镜MR_2i、MR_2i+1的中心；i＝1…n，最后一个球面反射镜MR_2n+1与入射光垂直放置，如附图3所示： l j ′ = f j + ( l j - f j ) f j 2 [ ( l j - f j ) 2 + Z Rj 2 ] ( j = 0 . . . . . . 2 n + 1 ) ]]> R j = l j [ 1 + ( Z Rj l j ) 2 ] ( j = 1 . . . . . . 2 n + 1 ) ]]>