申请/专利权人：清华大学

申请日：2023-05-11

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN116813350B

主分类号：C04B35/532

分类号：C04B35/532;C04B35/622;B23K26/122;B23K26/073;B23K26/356;B01J3/08;B01J19/12;B28B1/29

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2023.10.24#实质审查的生效;2023.09.29#公开

摘要：本发明公开了一种激光冲击高压煤制金刚石膜的制备方法。本发明采用低成本煤作为金刚石制备的前驱体材料，通过加热预烧结为煤膜，进而在水下激光辐照诱发高能等离子体，水对等离子体形成约束层并隔绝空气，进而在一定温度和冲击压力下将煤转变为金刚石，采用衍射光学元件对激光整形或者激光阵列方式结合卷对卷生产方式，实现大尺寸金刚石膜的批量化制备，显著提升金刚石膜的制备效率，且激光精准定位辐照，有效保障金刚石膜的结构均质性，获得高性能金刚石膜。

主权项：1.一种激光冲击高压煤制金刚石膜的制备方法，其特征在于：制备方法如下：第一步：将煤粉和含碳粘结剂物料以10-15:1的配比投入到转子密炼机中进行充分混合30分钟，转子转速设置为20-40转分钟；第二步；在煤粉和含碳粘结剂物料充分混合后投入螺杆挤出机内在螺杆转动输送下将混合的煤粉和含碳粘结剂物料输送到传送带口模处，螺杆转速设置为60-90转分钟，在刮刀和传送带的流延作用下形成煤膜，刮刀和传送带的间距设置为1-5mm及传送带转速设置为100-120转分钟，调节煤膜的厚度为100-1000μm；第三步：流延后的煤膜在导向辊一和导向辊二转动导向下进入加热预烧结装置，将氮气通过氮气进气孔通入预烧结装置内部，并在气帘密封处持续通氮气，对加热线圈通电进而对进入加热预烧结装置的煤膜进行加热碳化，加热区间设置为200℃，450℃，1000℃，450℃，200℃，每个温区停留时间为10分钟，制备为煤基碳膜；第四步：加热碳化的煤基碳膜在导向辊二和导向辊一转动导向下进入水下激光冲击装置，向水槽通入去离子水，去离子水流速设置为5-20mms，水离子水没过煤基碳膜，煤基碳膜距离水面高度设置为1-2mm，衍射光学元件整形的激光器发出激光，激光功率密度设置为30～40MWm2，光斑大小设置为160×160mm，离焦量设置为0～1mm，煤基碳膜的运行速率设置为1mms，辐照在去离子水下的煤基碳膜时形成等离子体，进而在冲击高压下形成金刚石结构，经过导向辊传输并最终卷绕收集成型的金刚石膜；上述激光冲击高压煤制金刚石膜的制备方法采用如下制备装置，主要包括转子密炼机，螺杆挤出机，刮刀，烘干装置，传送带，加热预烧结装置和水下激光冲击部分，转子密炼机用于混合煤粉和含碳粘结剂，螺杆挤出机设置在转子密炼机的下顶栓处用于接收混炼物料并传输物料，在螺杆挤出机的口模出口处安置刮刀，并与传送带共同作用对煤粉和含碳粘结剂物料进行流延成膜，在传送带的输运下经过烘干装置的下方受热而定型为煤膜，进而在导向辊一和导向辊二的转动下进入加热预烧结装置，加热预烧结装置包括气帘密封，氮气进气孔和加热线圈，其中，气帘密封设置在煤膜进入和离开加热预烧结装置的两端，防止外界空气进入加热预烧结装置，氮气进气孔设置在靠近气帘密封的部位，加热线圈缠绕固定在预烧结装置上，通电对加热预烧结装置进行加热，水下激光冲击装置包括衍射光学元件整形的激光器和水槽，水槽的两端设置有进水口和出水口，通过在水槽内设置阻尼实现去离子水匀速流过水槽的激光辐照平台表面，衍射光学元件整形的激光器安置在水槽的激光辐照平台表面上方，当衍射光学元件整形的激光器发出激光辐照在去离子水下的煤基碳膜时形成等离子体，进而在冲击高压下形成金刚石结构，经过导向辊传输并最终卷绕收集成型的金刚石膜。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 清华大学 一种激光冲击高压煤制金刚石膜的制备方法

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