[实用新型]高温熔体无容器凝固实时拉曼分析装置

说明书

本实用新型提供一种高温熔体无容器凝固实时拉曼分析装置，包括：气悬浮炉体、喷嘴、激光加热模块、紫外脉冲激光模块、拉曼探测器、实时监视系统、气体控制系统，所述气悬浮炉体侧面开有多个窗口，所述气悬浮炉体上盖中央具有一个中央观察窗用以与所述激光加热模块对接，围绕所述中央观察窗均匀分布有多个周边观察窗用以与所述实时监视系统对接，所述喷嘴与所述气体控制系统相连通，所述喷嘴为削除外壁的结构，具有360^o全景观察视野，所述紫外脉冲激光模块采用纳秒级紫外脉冲激光作为激发源，所述拉曼探测器和所述紫外脉冲激光模块通过所述气悬浮炉体侧面的窗口与所述气悬浮炉体对接。本实用新型可实现深过冷熔体的结构特征。

技术领域

本实用新型属于拉曼光谱技术领域，特别涉及高温熔体无容器凝固实时拉曼分析装置。

背景技术

近年来，随着国家对航天科技的大力支持，我国的航天技术实现了跨越式的发展，先后实现了载人飞船的发射、对接、太空漫步、登月等一系列航天壮举，未来还将建立中国空间站，为探索空间奥秘提供更广阔和有效的平台。虽然空间是在极端条件下开发新型功能材料、研究材料理化性质和熔体结构的理想环境，然而，空间实验只是为了探索材料在制备过程中的普适规律和高性能功能材料制备的可行性，真正目的还是利用地面条件获得空间实验的等同效果，这样才能将空间材料科学研究成果在地面上实现产业化，目前，这种思维已成为空间科学研究的主流。

悬浮无容器技术避免了器壁引起的污染，抑制了异质形核和热输运的变化、能够获得深过冷和实现快速凝固，消除了由于样品与器壁间的作用而导致的内应力，实验条件无需考虑器壁的耐温、耐腐蚀、表面状态等性能，是开发新型高性能材料、高纯致密材料、新型亚稳和非晶相、研究快速凝固过程和深过冷熔体结构的有效实验手段。尤其值得注意的是，无容器技术在开发新型功能玻璃领域具有独特的优势，处于无容器状态的熔体只受表面张力的约束，自然形成球形，无容器凝固后可形成具有理想球形表面的玻璃球。

随着无容器技术的深入开发和应用，它已经成为进行特殊结构材料制备以及材料基础研究的重要实验方法。目前无容器技术的应用主要体现在以下几个方面：（1）进行高熔点材料的深过冷熔体结构和无容器凝固过程研究。由于没有坩埚条件的限制，利用激光就可以加热，因此许多高熔点材料可以通过这种方式获得熔体，在没有器壁形核的条件下，抑制了异质形核，能够获得常规条件无法获得的深过冷熔体，而且在凝固过程中也能够实现无容器状态，因此，结合拉曼光谱、X射线精细吸收谱、中子衍射等手段，可以对深过冷熔体结构和无容器凝固过程进行分析；（2）进行高温熔体热物性测量。由于它是一种非接触式测量模式，避免了测量过程中外界以及样品本身的变化对数据结果的影响，具有高的测量精确性，被用来进行密度、粘度、表面张力、比热、热膨胀系数等热物性参数的测量；（3）新型功能材料的开发研究。无容器技术能够获得深过冷，可以制备许多常规条件难以得到的亚稳材料，尤其是具有特殊结构和超常性能的玻璃材料。

在所有的悬浮无容器技术中，由于气悬浮技术结构简单、操作方便、成本低廉、悬浮力大、加热过程可控、对样品无特殊要求，这些优点特别有利于新型无机功能材料的开发，尤其是高熔点的新型块体玻璃材料的制备。目前，国内外有广泛的报道将气悬浮无容器技术引入到新型光功能玻璃的研究中。然而，通过成分设计、后处理工艺优化来提高无容器玻璃的性能已经遇到了瓶颈，必须基于材料的制备、结构和性能的关系，提出切实可靠的性能优化的方法，从而促进无容器材料的应用。因此，研究深过冷熔体的结构、无容器凝固过程的结构演变和掺杂成分的影响，不仅能够解释无容器制备技术的一些基本科学问题，还能够为材料的设计、结构的调控和性能的优化提供理论基础。