[实用新型]激光气相法生产纳米粉的新型反应室光路系统

说明书

本实用新型属于气相激光法生产纳米粉技术领域，尤其涉及该技术的反应室光路系统。、

硅基纳米粉的生产工艺有多种，如液相法、沉淀法、气相法等，其中激光气相法被认为是世界上最先进的方法，属于高科技范畴，其技术高难、复杂。目前，只有美国、日本及中国掌握该技术方法，公开号为CN1228398A的专利申请公开了“一种激光气相合成纳米粉反应装置”，该装置技术经本申请人在工业化批量生产合法使用后发现其光路系统存在以下问题，主要表现为：

(一)光轴漂移致使激光不能按光路系统完全返回，造成烧喷嘴，炸镜片、烧设备等严重后果，既影响了正常生产，也带来巨大经济损失。

(二)光斑体积形状不规则：    

反应区光斑体积形成是激光在反应室多次折射的结果，它在反应室中心聚焦叠加以形成高温反应区。由于光斑漂移，因此在实际调整光路过程中很难把焦点调至最佳状态。光斑体积投影面积可在8×10-18×24之间漂移，有时会更大，使得反应区在同一横截面的气流场与温度场不相一致，气体反应时间也呈不一状态，这样有部分粒子会重新聚合。结果使粒径大小不一，即dmax/dave值变化大，这就严重影响了粉体粒径的技术指标。

上述问题直接影响工业批量生产，因此有必要对现有光路系统进行改造，以克服上述缺陷。

本实用新型的目的是提供一种改进了的光路系统，使其有效地消除光轴漂移现象，并解决了同一横截面气流场和温度场不一致以及反应时间过长的问题。

本实用新型通过以下技术方案完成：

从研究现有技术的光路系统的工艺原理出发，可以看出入射激光如果通过一个设定孔径的拦光器，然后再通过反应室镜面的多次反射，使超出拦光器孔径的激光被拦光器拦截吸收，则其余激光在反应室中心聚焦(由于拦光器作用)而形成纵向高度一定，体积形状规则的光斑。

为使输入反应室并被拦光器拦截的激光所产生的能量能完全排出反应室以外，以不影响反应室内正常工艺条件下的温度场和压力场，特加设拦光器水冷系统。

本实用新型有益效果；

(一)解决光路系统中激光光轴的漂移问题；

(二)使反应区光斑体积形状规则，并可按要求调整光斑纵向距离；

(三)使反应区气流场和温度场在同一横截面完全一致并实现可控；

(四)使反应气体在反应区内经历的时间相同，粒子从成核长大到终止，时间分步进行；反应时间可控在10-6s范围；冷却速度在10-5-10-6c/s；

(五)粒径均匀，达到dmax/dave≤2，dave≤30nm。

附图说明：

图1为本实用新型光路系统示意图；

图2为拦光器及水冷系统示意图；

图3为加拦光器前后光斑形状变化图。

以下接合附图说明实施例：

如图1所示，反应室光路系统由1个透射镜F和9个球面反射镜MR及带水冷拦光器K构成，激光束垂直通过透射镜F而进入反应室，透射镜F和第一球面反射镜MR1中心连线通过反应区中心点A，其余球面反射镜MR2、MR3、MR4、......MR9两两一组中心连线通过中心点A，另外除最后一个球面反射镜MR9外，其他球面反射镜MR1-MR8皆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MR2→MR9的中心。最后一个球面反射镜MR9与入射光垂直放置。L为CWCO2激光器功率为2KW，透镜F的焦距为f＝2.8m，材料为ZnSe和GaAs两种；FA＝2m，球面反射镜曲率半径R1＝R2＝......R9＝1.5m，均为铜质镀金球面反射镜。拦光器材料为铜，孔径大致8×80mm，入射激光通过拦光器设定的孔径，通过反应室球面反射镜多次反射，而超过拦光器孔径激光被拦截吸收，其余激光则在反应室中心点聚焦，由于拦光器的作用而形成纵向高度一定，体积形状规则的光斑。

如图2所示，拦光器5与反应喷嘴6安装距离为60mm，其与反应室底面平行，拦光器的外形尺寸为140×60×20mm，其上下位置可根据光路调整，水冷系统用φ8铜管连接，图中1为反应室底，2为活法兰，3为螺栓，4为水冷管，5为拦光器，6为反应喷嘴，7为底板，8为导柱，9为卡套，10为管接头。

图3中(1)为加栏光器前中心光斑形状，(2)加栏光器后中心光斑形状。