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納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法

關(guān)鍵詞 納秒脈沖激光 , 納米 , 金剛石|2014-01-27 09:07:42|行業(yè)專利|來源 中國超硬材料網(wǎng)
摘要 申請?zhí)枺?01310466423申請人:江蘇大學(xué)摘要:本發(fā)明涉及一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法與裝置。激光發(fā)生裝置發(fā)出的納秒脈沖激光輻照石墨粉末與去離子水的混合液,石墨粉...

  申請?zhí)枺?01310466423

  申請人:江蘇大學(xué)

  摘要:本發(fā)明涉及一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法與裝置。激光發(fā)生裝置發(fā)出的納秒脈沖激光輻照石墨粉末與去離子水的混合液,石墨粉末吸收激光能量后迅速生成高溫高壓等離子體,在納秒級的極端非平衡過程中,金剛石形核并長大。錐形噴嘴噴出錐形高壓氣體阻擋反應(yīng)中飛濺出的微量液體,保護(hù)激光頭并回收飛濺液體,提高了納米金剛石的合成效率。本發(fā)明克服了現(xiàn)有人工合成金剛石法條件苛刻或合成效率低的問題,實(shí)現(xiàn)了常溫常壓下納米金剛石顆粒的合成,合成出的納米金剛石分散性好,尺寸分布均勻,在超精密加工與潤滑方面有重要應(yīng)用。

  獨(dú)立權(quán)利要求:1.一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法,具體實(shí)施步驟為:A將石墨粉與去離子水混合制成質(zhì)量濃度為0.01~0.04g/ml的石墨混合液;B將盛有石墨混合液的容器放入超聲波清洗機(jī)中;C打開儲氣罐,調(diào)節(jié)流量閥和氣體增壓裝置,使錐形氣嘴向所述盛有石墨混合液的容器內(nèi)提供保護(hù)氣體,所述錐形氣嘴噴出氣體的壓力為30~50MPa;D打開激光發(fā)生裝置,激光束聚焦于石墨混合液液面以下1~3mm,激光作用時間1~3h;E對激光輻照后的石墨混合液進(jìn)行干燥和酸煮提純處理,去除產(chǎn)物中多余的碳和雜質(zhì)。

  2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法,其特征在于,所述激光束波長為1064nm,脈寬10ns,脈沖頻率為2~10Hz,作用區(qū)激光功率密度為1~12′109W×cm-2。

  3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法,其特征在于,所述步驟A中的石墨粉為鱗片石墨粉,含碳量399.0%,粉末粒徑為1~5mm。

  4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法,其特征在于,所述步驟B中的超聲波清洗機(jī)中水的液面高于石墨混合液1~2cm。

  5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法,其特征在于,所述步驟C中的錐形噴嘴噴出的氣體形成錐形包絡(luò)面,濺射液遇到高壓保護(hù)氣時沿著包絡(luò)面返回至容器內(nèi),阻止飛濺液體污染激光頭并收集濺射液。

  6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法,其特征在于,所述步驟C中的保護(hù)氣體為氮?dú)饣蚝狻?br />
  7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法,其特征在于,所述步驟E中的酸煮提純處理為將干燥后的產(chǎn)物加入高氯酸中加熱至190℃并保溫3h。

  8.一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的裝置,包括激光發(fā)生系統(tǒng);所述激光發(fā)生系統(tǒng)包括計算機(jī)(1)、激光發(fā)生裝置(2)、全反鏡(3)和激光加工頭(4),所述激光加工頭(4)由聚焦透鏡(5)和保護(hù)鏡(6)組成,聚焦透鏡(5)位于保護(hù)鏡(6)正上方;其特征在于,還包括反應(yīng)系統(tǒng)和氣體保護(hù)系統(tǒng);所述反應(yīng)系統(tǒng)包括石墨混合液(15)、塑料容器(14)、水(13)和超聲波清洗機(jī)(12),所述石墨混合液(15)置于所述塑料容器(14)中,所述塑料容器(14)置于超聲波清洗機(jī)(12)中,所述超聲波清洗機(jī)(12)中裝有水(13),所述氣體保護(hù)系統(tǒng)依次由儲氣罐(11)、流量閥(10)、橡膠軟管(9)、氣體增壓閥(7)、壓力計(8)、可調(diào)塑料管道(16)和噴嘴(17)組成,所述噴嘴(17)一端與所述可調(diào)塑料管道(16)連接,另一端插入到所述所述塑料容器(14)中。

  9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的裝置,其特征在于,所述噴嘴(17)為錐形噴嘴。
 

 

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