申請(qǐng)?zhí)枺?01610423971.6
　　申請(qǐng)人：江蘇大學(xué)
　　發(fā)明人：任旭東 劉蓉 李琳 任云鵬 王冕 胡征征 崔承云 戴峰澤 佟艷群

　　摘要：本發(fā)明涉及一種提高納米金剛石合成效率的方法與裝置，包括激光發(fā)生系統(tǒng)、工件系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。高功率脈沖激光裝置發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)大光斑直徑，并經(jīng)過分光鏡反射和分光后產(chǎn)生兩條激光束，第一激光束經(jīng)過聚焦透鏡通過入光口輻照循環(huán)流動(dòng)的石墨水柱；第二激光束則從另外一個(gè)入光口進(jìn)入輻照石墨水柱，溶液中的石墨顆粒吸收激光能量后迅速形成高溫高壓等離子體，在極短非平衡過程中生成納米級(jí)金剛石。本發(fā)明克服了在合成納米金剛石的過程中激光作用面積小，合成效率低等問題，實(shí)現(xiàn)了在常溫常壓下連續(xù)合成，并獲得分散性良好，尺寸分布均勻的納米金剛石顆粒。 　　主權(quán)利要求：1.一種提高納米金剛石合成效率的方法，包括如下步驟：A：用石墨微晶顆粒和去離子水配制石墨混合溶液，并將石墨混合溶液振動(dòng)分散制成石墨懸浮液；B：將石墨懸浮液置于密閉反應(yīng)容器中，密閉反應(yīng)容器外部設(shè)置有循環(huán)電泵，循環(huán)電泵入水管與密閉反應(yīng)容器底部相連，循環(huán)電泵出水管接入到密閉反應(yīng)容器中，使得石墨懸浮液在循環(huán)電泵的作用下實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)；同時(shí)采用攪拌裝置保持石墨懸浮液在密閉反應(yīng)容器中時(shí)刻處于恒溫勻速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；C：采用第一激光束和第二激光束對(duì)反應(yīng)容器中循環(huán)電泵出水管里的石墨懸浮液水柱同時(shí)進(jìn)行激光輻照；然后對(duì)激光輻照后的石墨懸浮液進(jìn)行干燥、酸煮提純和水洗處理，最終得到高質(zhì)量納米金剛石顆粒。
　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高納米金剛石合成效率的方法，其特征在于，步驟A中， 石墨微晶顆粒為鱗片石墨微晶顆粒，含碳量99.99%，粒度為1~10μm；石墨微晶顆粒和去離子 水的濃度比為0.02g/ml~0.03g/ml的比例配制石墨混合溶液，并采用乙醇作為石墨分散液， 在超聲波振動(dòng)儀中振動(dòng)20~40min。
　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高納米金剛石合成效率的方法，其特征在于，步驟B中， 攪拌裝置由磁力震動(dòng)儀和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，密閉反應(yīng)容器整體放置在磁力震動(dòng)儀上，轉(zhuǎn)子放置在 密閉反應(yīng)容器的石墨懸浮液中。
　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提高納米金剛石合成效率的方法，其特征在于，所述磁力 震動(dòng)儀是恒溫加熱攪拌儀，通過轉(zhuǎn)子的恒溫?cái)嚢?，所述磁力震?dòng)儀用來感應(yīng)溫度是否發(fā)生 變化；所述轉(zhuǎn)子由聚氟乙烯和磁鋼精制成。
　　5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提高納米金剛石合成效率的方法，其特征在于，石墨懸浮 液在密閉反應(yīng)容器中的旋轉(zhuǎn)速度為6~10r/s，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)；石墨懸浮液在循環(huán)電泵作用下的循 環(huán)流動(dòng)速度為0.3~0.6ml/s。
　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高納米金剛石合成效率的方法，其特征在于，步驟C中， 第一激光束和第二激光束是由同一個(gè)脈沖激光裝置發(fā)出，脈沖激光裝置發(fā)出的激光提前通 過擴(kuò)束鏡進(jìn)行擴(kuò)束后再進(jìn)行分束。
　　7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種提高納米金剛石合成效率的方法，其特征在于，第一 激光束和第二激光束高于密閉反應(yīng)容器中的石墨懸浮液液面2~5mm。
　　8.一種提高納米金剛石合成效率的裝置，其特征在于，包括脈沖激光裝置(6)、分光鏡 (9)、第一全反鏡(11)、第二全反鏡(19)、第三全反鏡(22)和反應(yīng)室(15)，所述反應(yīng)室(15)的 側(cè)壁兩側(cè)分別開有第一入光口(17)和第二入光口(21)，所述脈沖激光裝置（6）發(fā)出的激光 （7）被分光鏡（9）分成第一激光束（10）和第二激光束（20），第一激光束（10）通過第一全反鏡 （11）反射到第一入光口（17）的中心；第二激光束（20）通過第二全反鏡（19）和第三全反鏡 （22）反射到第二入光口（21）的中心；所述反應(yīng)室（15）放置在磁力震動(dòng)儀（1）上，反應(yīng)室（15） 內(nèi)安裝有轉(zhuǎn)子（24），反應(yīng)室（15）外部設(shè)置有電泵（2），電泵（2）的入水管與反應(yīng)室（15）底部 相連，電泵（2）的出水管接入到反應(yīng)室（15）中。
　　9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種提高納米金剛石合成效率的裝置，其特征在于，所述脈沖 激光裝置（6）和所述分光鏡（9）之間設(shè)置有擴(kuò)束鏡（8），實(shí)現(xiàn)對(duì)激光的擴(kuò)束，使聚焦后形成較 大的光帶，提高了激光與物質(zhì)作用面積。
　　10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的一種提高納米金剛石合成效率的裝置，其特征在于，所述 第一全反鏡（11）和所述第一入光口（17）之間設(shè)有激光加工頭（12），所述激光加工頭（12）上 依次設(shè)置聚焦透鏡（13）和保護(hù)鏡（14），實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過程中飛濺液滴污染或損壞聚焦透鏡 （13）。
　　11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的一種提高納米金剛石合成效率的裝置，其特征在于，所述 電泵（2）的出水管上設(shè)置了儲(chǔ)液箱（3）和流量計(jì)（4），電泵（2）、脈沖激光裝置（6）、磁力震動(dòng) 儀（1）和流量計(jì)（4）均與計(jì)算機(jī)（5）連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨懸浮液的勻速循環(huán)流動(dòng)，使原本二維石 墨靶材變成了流動(dòng)的三維靶材，大大提高了受激光作用面積，原料利用效率提高了20%~ 30%。