Устройство для получения ультрадисперсных порошков

Устройство относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано для получения порошков микро- и нанометровых размеров. Устройство содержит испарительную камеру, лазер, оптически связанный с поворотным зеркалом и фокусирующей системой, мишень из порошка, систему отбора ультрадисперсного порошка. Устройство дополнительно снабжено системой формирования кольцевого пучка. В качестве фокусирующей системы взяты коническое и цилиндрическое зеркала. Зеркала расположены в испарительной камере. Внутренний диаметр цилиндрического зеркала равен среднему диаметру кольцевого пучка. Угол при вершине конического зеркала <90°. В качестве мишени использована струя порошка. Устройство дополнительно снабжено системой подачи порошка вдоль оптической оси фокусирующей системы и системой разделения ультрадисперсного порошка на фракции. Технический результат - повышение КПД процесса и качества получаемого ультрадисперсного порошка. 1 ил.

 

Устройство относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано для получения порошков микро- и нанометровых размеров. Известно устройство для получения ультрадисперсных порошков [1], содержащее испарительную камеру, лазер, оптически связанный с поворотным зеркалом и фокусирующей системой в виде линзы, мишень из прессованного порошка, систему отбора ультрадисперсного порошка.

Недостатком данного устройства является низкий КПД процесса, обусловленный большими потерями мощности лазерного излучения на нагрев мишени путем теплопроводности, потерями на излучение поверхности, отражение от поверхности лазерного излучения и его поглощение в приповерхностной плазме, а также невозможность разделения фракций порошка.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для получения ультрадисперсных порошков [2], содержащее испарительную камеру, лазер, оптически связанный с поворотным зеркалом и фокусирующей системой в виде линзы, мишень из прессованного порошка, систему отбора ультрадисперсного порошка.

Недостатком данного устройства является низкий КПД процесса, обусловленный потерями мощности лазерного излучения на нагрев мишени путем теплопроводности, потерями на излучение поверхности, отражение от поверхности лазерного излучения и его поглощение в приповерхностной плазме, а также невозможность разделения фракций порошка.

Задачей данного изобретения является создание устройства для получения ультрадисперсных порошков, которое обеспечивало бы повышение КПД процесса и качества порошков. Для выполнения поставленной задачи предложено устройство для получения ультрадисперсных порошков, содержащее испарительную камеру, лазер, оптически связанный с поворотным зеркалом и фокусирующей системой, систему отбора ультрадисперсного порошка.

Новым по мнению авторов, является то, что устройство дополнительно снабжено системой формирования кольцевого пучка, в качестве фокусирующей системы взяты коническое и цилиндрическое зеркала, расположенные в испарительной камере, внутренний диаметр цилиндрического зеркала равен среднему диаметру кольцевого пучка; угол при вершине конического зеркала <90°, в качестве мишени использована струя порошка и устройство дополнительно снабжено системой подачи порошка вдоль оптической оси фокусирующей системы и системой разделения ультрадисперсного порошка на фракции

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид предлагаемого устройства.

Устройство содержит испарительную камеру 1, лазер 2, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка 3, поворотным зеркалом 4 и фокусирующей системой, в качестве которой взято коническое зеркало 6, цилиндрическое зеркало 7, систему подачи порошка в виде трубки 5, расположенной по оптической оси фокусирующей системы, систему разделения порошка на фракции 8, систему отбора порошка 9.

Устройство работает следующим образом. Пучок лазера 2, расширенный до заданного размера в коническом телескопе 3 и преобразованный в параллельный кольцевой, вводится в испарительную камеру 1, поворачивается зеркалом 4 и падает на коническое зеркало 6 с углом при вершине γ. Зеркало формирует конический пучок, имеющий фокальную область, близкую к цилиндрической, и длиной L=ΔR/sinγ. При углах γ, близких к 90°, длина области близка к ширине кольцевого пучка, что повышает интенсивность излучения в фокальной области. Испаряемый порошок вводится по трубке 5 в фокальную область в виде плотной цилиндрической струи частиц диаметром 30-50 мкм. Ввод плотной струи порошка в фокальную область существенно меняет распределение плотности мощности лазерного излучения по поперечному сечению фокальной области, приближая его к равномерному. Цилиндрическое зеркало 7 обеспечивает многократное прохождение лазерного излучения и теплового излучения нагретых частиц порошка через фокальную области, тем самым повышая эффективный коэффициент поглощения порошковой струи и снижая потери на излучение, повышая КПД процесса испарения частиц и коэффициент использования порошка.

Так как имеет место объемный нагрев дезинтегрированного материала, то потери на теплопроводностный нагрев материала мишени минимальны, что приводит также к увеличению КПД процесса. Расчеты показывают, что эффективность процесса испарения материала может быть повышена в 5-10 раз по сравнению с прототипом.

Ниже по потоку с помощью системы разделения фракций конденсирующегося ультрадисперсного порошка 8 организуется поперечная прокачка газа для транспортировки порошка в систему отбора 9. Фракционирование основано на различии в инерции и скорости конденсации частиц, более крупные частицы отбираются из нижней зоны струи.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает существенное повышение КПД процесса получения ультрадисперсного порошка путем снижения потерь мощности лазерного излучения на нагрев мишени посредством теплопроводности, потерь на излучение поверхности, отражение от поверхности лазерного излучения и его поглощение в приповерхностной плазме, а также возможность разделения фракций ультрадисперсного порошка.

Список литературы

1. Muller E., Oestrich Ch., Popp U. et al. // Journ. KONA - Powder and Particles. №13. P.79. 2000.

2. Ю.А.Котов, В.В.Осипов и др. // ЖТФ. Т.74. Вып.3. Стр.72-76. 2004.

Устройство для получения ультрадисперсных порошков, содержащее испарительную камеру, лазер, оптически связанный с поворотным зеркалом и фокусирующей системой, мишень из порошка, систему отбора ультрадисперсного порошка, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено системой формирования кольцевого пучка, в качестве фокусирующей системы взяты коническое и цилиндрическое зеркала, расположенные в испарительной камере, внутренний диаметр цилиндрического зеркала равен среднему диаметру кольцевого пучка; угол при вершине конического зеркала <90°, в качестве мишени взята струя порошка, и устройство дополнительно снабжено системой подачи порошка вдоль оптической оси фокусирующей системы и системой разделения ультрадисперсного порошка на фракции.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению стальной дроби путем распыления железоуглеродистых расплавов. .
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения тонкодисперсного порошка молибдена, его композитов с вольфрамом и в производстве твердосплавных материалов на основе молибдена и вольфрама.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении металлотермическим восстановлением высокочистых порошков тантала и ниобия с большой величиной удельной поверхности.

Изобретение относится к устройствам для получения порошков распылением расплавленных материалов. .
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к способам получения порошков серебра, предназначенных для использования в электротехнической промышленности, в частности для изготовления электродов химических источников тока, электрических контактов и других электротехнических целей.

Изобретение относится к порошковой металлургии. .

Изобретение относится к полученным распылением порошкам, предназначенным для термического нанесения покрытий на алюминиевые подложки, а также к получению и применению данных порошков.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения гранул магния или его сплавов. .

Изобретение относится к металлургии, к изготовлению металлического волокна, фибры, шерсти. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для получения металлического волокна закалкой дискретных структур жидкого металла. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения порошков распылением расплавленных металлов

Изобретение относится к способу получения мелко- и ультрадисперсных легированных порошков металлов и сплавов

Изобретение относится к производству износостойких материалов, карбидов, нитридов используемых в композитных наплавочных покрытиях в качестве материала, препятствующего абразивному и ударному износу, например для наплавки на буровой инструмент - шарошки буровых долот, муфты обсадных труб и т.д
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению мелкодисперсного порошка титана

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения металлических порошков распылением расплава

Изобретение относится к газофазной технологии получения высокодисперсных и ультрадисперсных порошков металлов

Изобретение относится к получению порошков высокочистых тугоплавких металлов, клапанных субоксидов тугоплавких металлов и клапанных металлов или их сплавов, пригодных для изготовления целого ряда электрических, оптических и прокатных изделий/деталей, получаемых из соответствующих их окислов при металлотермическом восстановлении в твердой или жидкой форме этих окислов, используя восстанавливающий агент, который поддерживает после воспламенения высокоэкзотермическую реакцию, предпочтительно осуществляемую при непрерывной или периодической подаче окисла, например при перемещении под действием силы тяжести
Наверх