激光诱导自蔓延高温合成装置
专利汇可以提供激光诱导自蔓延高温合成装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供一种激光诱导自蔓延高温合成装置，包括反应容器、 真空 构件、供气构件，还包括有透镜构件，透镜构件安装在反应容器上。本激光诱导自蔓延高温合成装置适用范围较广，不但适用于激光诱导点火方式，亦可以应用现有的一般点火方式，如燃烧波点火等，并可对多种材料进行多种工艺因素组合的自蔓延反应，提供多种试验数据的采集，工艺因素可调节范围较大，可以较好地促进包括 激光点火 在内的自蔓延科学研究发展。，下面是激光诱导自蔓延高温合成装置专利的具体信息内容。
1、一种激光诱导自蔓延高温合成装置，包括反应容器，其特征在 于：还包括有透镜构件，透镜构件安装在反应容器上。
2、根据权利要求1所述的激光诱导自蔓延高温合成装置，其特征 在于：所述透镜构件包括有透镜冷却结构。
3、根据权利要求2所述的激光诱导自蔓延高温合成装置，其特征 在于：所述透镜冷却结构为水冷套结构，包括有水冷室(11)、冷却水入 口(12)及出口(13)，水冷室(11)环绕在透镜(7)周围，冷却水入 口(12)及出口(13)分别与水冷室(11)相连通。
4、根据权利要求1或2所述的激光诱导自蔓延高温合成装置，其 特征在于：包括有工作台(17)，所述工作台(17)位于反应容器内部， 并与升降调节机构相连接。
5、根据权利要求4所述的激光诱导自蔓延高温合成装置，其特征 在于：工作台还设置有加热构件。
6、根据权利要求4所述的激光诱导自蔓延高温合成装置，其特征 在于：所述升降调节机构包括有支柱筒(22)、螺母(21)、丝杆(24)， 工作台(17)安装在丝杆(24)上，支柱筒(22)穿过反应容器壁并与 反应容器固定连结，螺母(21)固定连接在支柱筒(22)上，丝杆(24) 套接入支柱筒(22)内，一端加工有螺纹与螺母(21)配合连接，另一 端与支柱筒(22)动密封连接。
7、根据权利要求1所述的激光诱导自蔓延高温合成装置，其特征 在于：包括有观察窗构件，所述观察窗构件安装在反应容器上。
8、根据权利要求1或7所述的激光诱导自蔓延高温合成装置，其 特征在于：所述透镜构件或观察窗构件或两者都通过接管(29、30)连 接到反应容器壁。
9、根据权利要求8所述的激光诱导自蔓延高温合成装置，其特征 在于：所述接管(29、30)的长度与直径比为1∶1～2∶1。
(一)技术领域
本实用新型涉及一种材料合成设备，特别涉及一种激光诱导自蔓延 高温合成装置。
(二)背景技术
自蔓延高温合成作为一种新的合成技术应用越来越广泛，这种方法 与传统的合成方法相比具有纯度高、合成过程简单、时间短、能耗低等 优点。目前已经有一些用于自蔓延高温合成的设备，包括制粉设备、致 密化设备、热等静压设备、离心设备、焊接设备等等，其中最基本的设 备是制粉设备，这种自蔓延粉末制取设备一般称为SHS反应器，主要由 钢制的厚壁容器构成，一般包括反应器容器、点火装置、真空装置、供 气装置等组成部分，其使用方法为：将反应物坯料装入SHS反应器容器 内，利用真空装置预抽真空后，通过供气装置向容器内充入惰性气体或 反应气体，然后启动点火装置发生SHS反应，反应坯料转变成产物，合 成产物经后续处理，就得到SHS粉末。现有的SHS反应器主要采用自 蔓延的点火方式，如燃烧波点火、辐射流点火、通过加热气体点火、火 花点火、化学(自燃式)点火、电热爆炸、线性加热的热爆炸等，目前 大多数的自蔓延设备都是专为各自的点火方式而设计，通用性差，在转 向生产时不适用，而且不同程度的存在对样品的污染，在目前国内外都 没有专门用于激光诱导自蔓延高温合成的设备，而利用现有设备无法采 用激光自蔓延方式工作，由于激光自蔓延合成方式无接触、无污染、易 控制、加热及冷却速率高，易于获得非平衡相及多缺陷的结构，对于某 些功能材料(如储氢合金等)具有特殊优势，又由于激光功率易测，其 具体加在反应物上的能量是易于计算的，便于进行热力学及动力学的分 析，所以研制激光诱导自蔓延高温合成设备很有必要。
(三)发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种测量精 度高、通用性好、污染少、工艺因素可调节范围大，可以采取激光诱导 点火及其它多种点火方式的激光诱导自蔓延高温合成装置。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：本激光诱导自蔓延高温 合成装置包括反应容器，还包括有透镜构件，透镜构件安装在反应容器 上。因为本激光诱导自蔓延高温合成装置采用激光诱导点火方式工作， 激光光源一般设置在反应容器外，采用透镜可以在保证反应容器抽真空 密封的同时也可以让激光照射到合成材料上，所以透镜构件对于激光自 蔓延反应必不可少，这亦是本激光诱导自蔓延高温合成装置与其他自蔓 延反应装置的最大区别点。
所述透镜构件包括有透镜冷却结构。因为在本激光诱导自蔓延高温 合成装置工作时，激光束透过透镜照射至合成材料，长时间的照射可能 使透镜的温度过高而产生变形，设置透镜冷却结构的作用在于防止透镜 工作时间过久而过热，透镜冷却结构可为水冷套结构，包括有水冷室、 冷却水入口及出口，水冷室环绕在透镜周围，冷却水入口及出口分别与 水冷室相连通。
本激光诱导自蔓延高温合成装置还包括有工作台，所述工作台位于 反应容器内部，并与升降调节机构相连接。升降调节机构可以使工作台 上下自由升降，通过控制升降调节机构可以调节工作台至所需的高度， 这样可以保证激光照射在放置于工作台上的合成材料的任意高度。所述 升降调节机构包括有支柱筒、螺母、丝杆，工作台安装在丝杆上，支柱 筒穿过反应容器壁并与反应容器固定连结，螺母固定连接在支柱筒上， 丝杆套接入支柱筒内，一端加工有螺纹与螺母配合连接，另一端与支柱 筒动密封连接，丝杆端部加工有调节轮。这样在容器密封的工作条件下 通过调节丝杆端部的调节轮利用丝杆与螺母的螺纹传动可以调节工作台 的升降高度。
所述工作台还设置有加热构件，这样可以同时实现其他形式的点火 方式(如燃烧波点火或者线性加热的热爆炸)。因为自蔓延合成材料有多 种，有些是强放热反应，不需要预热，但有些材料的合成反应是弱放热， 故采用加热预热的方法来补充自身放热的不足，以维持自蔓延合成。
本激光诱导自蔓延高温合成装置还包括有观察窗构件，所述观察窗 构件安装在反应容器上。在本设备中，观察窗构件主要有以下三个功能： (1)目视观察反应过程，判断反应开始及终止时间，决定何时关闭激光； 否则会造成激光过度加热，造成样品的熔化甚至气化；(2)用CCD摄 像机拍摄反应情况，通过将CCD摄像机拍摄到的反应过程输入计算机， 对实验过程进行反复细致的观察，便于分析反应类型、机理等。也可以 结合自动控制，用图象处理软件实时判断反应程度，决定何时关闭激光， 可以大大提高反应控制精度；(3)用光学测温计测量整体反应温度(用 热电偶只能测某个或者某几点的温度)，为控制过程提供准确参数。
所述透镜构件及观察窗构件可以通过接管连接到反应容器壁，形成 带颈透镜及带颈视镜；所述接管的长度与直径比为1∶1～2∶1；通过接管 的连接形式可在接管内部形成相对稳定封闭的气体场，避免对流，从而 有效地避免烟雾的进入，减少对透镜或观察窗的污染，因而可以减少拆 卸清洁的次数。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点：(一)本激光诱导自蔓 延高温合成装置设置了透镜构件，可以有效地适用于激光诱导点火方式， 这种激光的无接触点火可最大限度的避免对样品的污染，对于生产纯度、 洁净度要求较高的产品非常合适，除此之外，本设备只需极其简单的改 装即可应用现有的一般点火方式，如燃烧波点火、辐射流点火、通过加 热气体点火、火花点火、电热爆炸、线性加热的热爆炸等；而且本容器 还可在普通气氛、真空、流动氩气、抽真空后充氩气等惰性保护气体或 者其他反应气体(如氮气)等几种气氛条件下进行实验，抽真空可达 10- 1Pa；适用范围较广；(二)工作台加工成可升降式，方便了点火时调整 激光对准反应物，而且可在容器外对工作台的升降进行控制，调整合成 材料在工作台上的位置，这样可获得任意大小的激光光斑及功率密度， 满足不同的反应条件需要；(三)本激光诱导自蔓延高温合成装置设计有 可供观察实验进行的观察窗，在实验或者生产过程中既可用热电偶测温， 亦可用光学测温计通过观察窗测温，这样可测试样整体温度，也可测一 个或几个点的温度，非常便于温度的测量，而且有利于观察及控制反应 过程；(四)利用本激光诱导自蔓延高温合成装置可对多种材料进行多种 工艺因素组合的自蔓延反应，并提供多种试验数据的采集，工艺因素可 调节范围较大，可以较好地促进包括激光点火在内的自蔓延科学研究发 展；如目前已利用此设备生产出对反应设备条件要求极其苛刻的Mg2Ni， 其氧化极少，没有出现通常的熔炼生产所出现的MgNi2等副产物，为新 一代二次电池的电极的研究开辟了一条新的极其有效的手段。
(四)附图说明
图1是本实用新型激光诱导自蔓延高温合成装置的主视图。
图2是图1所示激光诱导自蔓延高温合成装置的A-A向视图。
图3是图2所示激光诱导自蔓延高温合成装置的B-B向视图。
图4是图2所示激光诱导自蔓延高温合成装置中的透镜构件示意 图。
图5是图2所示激光诱导自蔓延高温合成装置中的工作台的结构示 意图。
图6是图2所示激光诱导自蔓延高温合成装置中的观察窗的结构示 意图。
(五)具体实施方式
下面结合图1～图6对本实用新型激光诱导自蔓延高温合成装置作 进一步详细的描述。
图1～图6示出了本激光诱导自蔓延高温合成装置具体的结构，由 图1～图3可见，本激光诱导自蔓延高温合成装置包括有容器筒体1、抽 真空接管2、充氩气接管3、室门4、把手5、支座6，还包括有透镜构件， 透镜构件安装在反应容器侧壁及端部，其具体结构如图4所示，包括有透 镜7、压紧螺盖8、密封圈9、接缘体10及透镜冷却结构，透镜上下表面 边缘压接有密封圈9，压紧螺盖8通过密封圈9将透镜7压紧在接缘体10 上；透镜冷却结构为水冷套结构，包括有水冷室11、冷却水入口12及出 口13，水冷室11环绕在透镜7周围，冷却水入口12及出口13分别与水 冷室11相连通；水冷室11由里外两直径不同的内钢管14及外钢管31作 内外壁焊接而围成，冷却水入口管及出口管插入外钢管31的侧壁并焊接 在外钢管31相对的位置；在内钢管14与透镜7之间设置有散热金属片15， 散热金属片15包卷在透镜7边缘并与内钢管14侧壁相贴，散热金属片15 主要用于透镜7边缘的散热。
如图2和图3所示，本激光诱导自蔓延高温合成装置还包括有工作 台17，工作台17如图5所示，采用石墨板材料，在工作台17上镶嵌有 三氧化二铝层16，工作台17一侧安装有电线接头32，可用来通电加热； 工作台17位于容器筒体1的内部，并与升降调节机构相连接；所述升降 调节机构包括有托板18、推力球轴承19、套筒20、螺母21、支柱筒22、 动密封结构23、丝杆24、调节轮25，托板18包托住工作台17，并与套 筒20焊接，套筒20套住固定于支柱筒22上的螺母21(非标准)，托板 18通过一个推力球轴承19与丝杆24相连结，推力球轴承19通过过盈 配合安装在丝杆24上是为了避免丝杆24摩擦使工作台17转动，支柱筒 22穿过容器筒体1侧壁并与容器筒体1侧壁焊接固定，螺母21焊接固 定在支柱筒22上，丝杆24套接入支柱筒22内，一端加工有螺纹与螺母 21配合连接，另一端与支柱筒22通过动密封结构23相连结，丝杆24 端部设置有调节轮25。
如图2所示，本激光诱导自蔓延高温合成装置还包括有观察窗构件， 所述观察窗构件安装在容器筒体1上，具体结构如图6所示，包括有法 兰体26、石英玻璃27、密封圈28，法兰体26通过密封圈28将石英玻 璃27密封固定。
所述透镜构件及观察窗构件焊接在接管29、30的一端，接管29、30 的另一端焊接到容器筒体1侧壁上，形成带颈透镜及带颈视镜，其结构 分别如图4及图6所示，所用接管29、30的长度与内径比为1∶1。
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