專(zhuān)利名稱(chēng)：一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)置式聚集熔覆反應(yīng)器，具體涉及一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器，屬于太陽(yáng)能焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熔覆技術(shù)是以不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的熔覆材料，經(jīng)輻照使熔覆材料和基體表面薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料形成冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電器特性等的工藝方法。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積等技術(shù)相比，預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆技術(shù)不但具有稀釋度小、硬度高、涂層與基體結(jié)合好等優(yōu)點(diǎn)，還具有不使用常規(guī)化石燃料、零污染物排放等激光熔覆技術(shù)不具備的優(yōu)點(diǎn)。因此預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊?，F(xiàn)有的熔覆技術(shù)在熔覆過(guò)程中存在焦斑直徑過(guò)大和工作面熱流密度小的問(wèn)題，影響了預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆的添料熔覆層的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的熔覆技術(shù)在熔覆過(guò)程中存在焦斑直徑過(guò)大和工作面熱流密度小，影響了預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆的添料熔覆層的質(zhì)量的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器包括內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口、反應(yīng)池和基體，反應(yīng)池的縱截面呈凹字型結(jié)構(gòu)，反應(yīng)池的側(cè)壁 上開(kāi)有保護(hù)性氣體進(jìn)口和保護(hù)性氣體出口，保護(hù)性氣體出口與保護(hù)性氣體進(jìn)口上下布置，保護(hù)性氣體通過(guò)保護(hù)性氣體進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)池，保護(hù)性氣體由保護(hù)性氣體出口排出反應(yīng)池，基體設(shè)置在反應(yīng)池的底部，熔覆材料設(shè)置在基體上，內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口安裝在反應(yīng)池的頂部，內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口的內(nèi)凹部分正對(duì)熔覆材料。優(yōu)選方案內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口在笛卡爾坐標(biāo)系下，內(nèi)凹式匯聚光學(xué)窗口的曲面控制方程為x2+y2+z2- λ z = O其中，λ為曲面形狀特征控制參數(shù)，λ取值范圍260到460。優(yōu)選方案λ取值為360。優(yōu)選方案反應(yīng)池4由金屬、水泥或陶瓷制成。優(yōu)選方案熔覆材料為鐵基合金或碳化鎢復(fù)合材料。優(yōu)選方案基體為不銹鋼或銅。優(yōu)選方案保護(hù)性氣體為氮?dú)饣驓鍤?。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果本發(fā)明提出一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器可以達(dá)到進(jìn)一步匯聚入射的高聚光比太陽(yáng)能熱流及減少光斑直徑的目的。入射的高聚光比太陽(yáng)光線經(jīng)過(guò)內(nèi)凹式匯聚光學(xué)石英窗口進(jìn)行再次匯聚后打到熔覆材料的表面(如圖2所示)，高熱流密度的匯聚太陽(yáng)光將熔覆材料和基體表面薄層融化形成添料熔覆層。以曲面形狀特征控制參數(shù)λ = 360為例，含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上的無(wú)量綱熱流密度峰值是傳統(tǒng)預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上無(wú)量綱熱流密度峰值的5. 7倍；傳統(tǒng)預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上的95%焦斑半徑為66_，而本文提出的含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上的95%焦斑半徑為降低到29mm。本發(fā)明提出的含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器達(dá)到了進(jìn)一步匯聚入射的高聚光比太陽(yáng)能熱流及減少光斑直徑的目的。


圖I是一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器匯聚太陽(yáng)光線原理圖；圖3是內(nèi)凹式匯聚光學(xué)窗口在笛卡爾坐標(biāo)系下的示意圖；圖4是曲面形狀特征控制參數(shù)λ = 360時(shí)工作面無(wú)量綱熱流密度場(chǎng)分布(圖中a為內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口熱流密度場(chǎng)分布曲線，b為平面光學(xué)窗口熱流密度場(chǎng)分布曲線)。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器包括內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口 I、反應(yīng)池4和基體3，反應(yīng)池4的縱截面呈凹字型結(jié)構(gòu)，反應(yīng)池4的側(cè)壁上開(kāi)有保護(hù)性氣體進(jìn)口 7和保護(hù)性氣體出口 6，保護(hù)性氣體出口 6與保護(hù)性氣體進(jìn)口 7上下布置，保護(hù)性氣體通過(guò)保護(hù)性氣體進(jìn)口 7進(jìn)入反應(yīng)池4，保護(hù)性氣體由保護(hù)性氣體出口 6排出反應(yīng)池4，基體3設(shè)置在反應(yīng)池4的底部，熔覆材料2設(shè)置在基體3上，內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口 I安裝在反應(yīng)池4的頂部，內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口 I的內(nèi)凹部分正對(duì)熔覆材料2。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口 I在笛卡爾坐標(biāo)系下，內(nèi)凹式匯聚光學(xué)窗口的曲面控制方程為x2+y2+z2- λ z = O其中，λ為曲面形狀特征控制參數(shù)，λ取值范圍260到460。如此設(shè)置，含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上的無(wú)量綱熱流密度峰值是傳統(tǒng)預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上無(wú)量綱熱流密度峰值的5. 7倍；傳統(tǒng)預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上的95%焦斑半徑為66mm，而本文提出的含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上的95%焦斑半徑為降低到29mm。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的λ取值為360。如此設(shè)置，含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上的無(wú)量綱熱流密度峰值是傳統(tǒng)預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上無(wú)量綱熱流密度峰值的5. 7倍；傳統(tǒng)預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上的95%焦斑半徑為66mm，而本文提出的含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器工作面上的95%焦斑半徑為降低到29mm。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖I說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的反應(yīng)池4由金屬、水泥或陶瓷制成。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、二或三相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖I說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的熔覆材料為鐵基合金或碳化鎢復(fù)合材料。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、二、三或四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖I說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的基體為不銹鋼或銅。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、二、 三、四或五相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖I說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的保護(hù)性氣體為氮?dú)饣騃S氣。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、二、三、四、五或六相同。
權(quán)利要求
1.一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器，其特征在于含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器包括內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口(I)、反應(yīng)池(4)和基體(3)，反應(yīng)池(4)的縱截面呈凹字型結(jié)構(gòu)，反應(yīng)池(4)的側(cè)壁上開(kāi)有保護(hù)性氣體進(jìn)口(7)和保護(hù)性氣體出口(6)，保護(hù)性氣體出口(6)與保護(hù)性氣體進(jìn)口(7)上下布置，保護(hù)性氣體通過(guò)保護(hù)性氣體進(jìn)口(7)進(jìn)入反應(yīng)池(4)，保護(hù)性氣體由保護(hù)性氣體出口(6)排出反應(yīng)池(4)，基體(3)設(shè)置在反應(yīng)池(4)的底部，熔覆材料(2)設(shè)置在基體(3)上，內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口(I)安裝在反應(yīng)池(4)的頂部，內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口(I)的內(nèi)凹部分正對(duì)熔覆材料⑵。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器，其特征在于內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口(I)在笛卡爾坐標(biāo)系下，內(nèi)凹式匯聚光學(xué)窗口的曲面控制方程為x2+y2+z2- λ z = O 其中，λ為曲面形狀特征控制參數(shù)，λ取值范圍260到460。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器，其特 征在于λ取值為360。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)池(4)由金屬、水泥或陶瓷制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器，其特征在于熔覆材料(2)為鐵基合金或碳化鎢復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器，其特征在于基體(3)為不銹鋼或銅。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器，其特征在于保護(hù)性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?br> 全文摘要
一種含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器，它涉及一種預(yù)置式聚集熔覆反應(yīng)器。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的熔覆技術(shù)在熔覆過(guò)程中存在焦斑直徑過(guò)大和工作面熱流密度小，影響了預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆的添料熔覆層的質(zhì)量的問(wèn)題。反應(yīng)池的縱截面呈凹字型結(jié)構(gòu)，反應(yīng)池的側(cè)壁上開(kāi)有保護(hù)性氣體進(jìn)口和保護(hù)性氣體出口，保護(hù)性氣體通過(guò)保護(hù)性氣體進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)池，由保護(hù)性氣體出口排出反應(yīng)池，基體設(shè)置在反應(yīng)池的底部，熔覆材料設(shè)置在基體上，內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口安裝在反應(yīng)池的頂部，內(nèi)凹式匯聚石英光學(xué)窗口的內(nèi)凹部分正對(duì)熔覆材料。本發(fā)明提出的含有匯聚光學(xué)窗口的預(yù)置式聚集太陽(yáng)能熔覆反應(yīng)器進(jìn)一步匯聚入射的高聚光比太陽(yáng)能熱流及減少光斑直徑。
文檔編號(hào)C23C26/02GK102877062SQ20121040404
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者王富強(qiáng), 林日億, 羅建軍, 鞏亮, 王新偉, 蔣文明 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)