施例一的激光器在不同電流下的功率示意圖；
[0050]圖5是本發(fā)明實施例二激光燒結(jié)裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0051]圖6是本發(fā)明實施例三激光燒結(jié)裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0052]圖7是本發(fā)明實施例四的激光光斑和試樣尺寸不意圖。
【具體實施方式】
[0053]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例為實施本發(fā)明的較佳實施方式，所述描述是以說明本發(fā)明的一般原則為目的，并非用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護范圍應當以權(quán)利要求所界定者為準，基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0054]本發(fā)明公開了一種燒結(jié)裝置，目的是使得試樣整個面受熱均勻、擴散快、且具有無需整體加熱爐腔、功耗更低和升溫/降溫速度更快且精確可控的特點，有利于獲得高性能的燒結(jié)體，特別地，適用于難成型、難燒結(jié)的熒光陶瓷材料的制備。根據(jù)本發(fā)明，在能耗、升溫控制、降溫控制、溫區(qū)均勻方面均有優(yōu)異性能，可有效提高燒結(jié)體的質(zhì)量性能，適用于精密材料的研究開發(fā)。根據(jù)本發(fā)明，激光燒結(jié)裝置包括激光裝置，用于生成入射到被燒結(jié)樣品表面的加熱激光束，所述加熱激光束形成功率密度及尺寸大小可調(diào)的激光光斑，所述激光光斑的尺寸大于不小于被燒結(jié)樣品的尺寸，試樣在燒結(jié)過程中被光斑完全覆蓋。
[0055]優(yōu)選地，所述激光裝置包括電源和激光二極管陣列，所述激光二極管陣列為多顆激光二極管單元以陣列式排列而成，所述激光二極管陣列出射的多束激光束組合形成所述加熱激光束。
[0056]優(yōu)選地，所述電源為脈沖-直流控制電源。
[0057]優(yōu)選地，所述激光裝置還包括光學模塊，所述光學模塊包括調(diào)焦模組，實現(xiàn)對激光光斑功率及大小的調(diào)節(jié)。
[0058]通過調(diào)整電源的電壓、電流、脈沖占空比等參數(shù)來控制激光二極管發(fā)出強弱不同但光斑大小不變的激光束；或者通過調(diào)整激光裝置的光學模塊，使得被燒結(jié)樣品處于光學模塊的聚焦或離焦區(qū)域來控制激光光斑的大小以及功率密度輸出，由于是直接對試樣進行加熱，無需加熱爐腔，因此溫度控制可以更迅速精準，結(jié)合燒結(jié)系統(tǒng)裝置的設計，可滿足多種類型的快速升溫、降溫燒結(jié)要求。
[0059]實施例一:
[0060]將多顆大功率藍光LD在支架上進行陣列排列，每一顆LD上均可加裝獨立的透鏡形成透鏡陣列，通過調(diào)整透鏡陣列可調(diào)整這些藍光LD的光斑大小及排列，如圖2所示:
[0061]圖2a為激光光斑，由16顆激光二極管射出的光斑組合而成，圖2b為待燒結(jié)試樣的大小示意圖，其尺寸略小于光斑尺寸，可被光斑全部覆蓋。激光二極管的數(shù)量可根據(jù)光斑和燒結(jié)要求進行選擇，燒結(jié)lOmmX 10mm尺寸之內(nèi)的試樣，光斑尺寸較好調(diào)整，功率密度也可有效保證。此外，藍光激光二極管僅為舉例，可根據(jù)被燒結(jié)材料對激光的吸收率選擇任意類型的激光二極管，一般來說紅光和藍光激光二極管的功率較大，比較適合此應用，處于成本考慮可以選擇藍光，這里不作具體的限制。
[0062]圖3是本實施例的激光直接燒結(jié)示意圖，被燒結(jié)材料粉末充分混合干燥造粒后，經(jīng)過壓力壓制成型和等靜壓后，得到生坯3，尺寸為8mmX8mm，放置在耐熱低熱導的承燒片4之上。激光器5含多顆陣列排列的藍光LD,其光斑尺寸為9mmX 9mm,激光器5受脈沖-直流控制電源6及控制單元7控制，可依照程序響應輸入的脈沖電流和直流電流，發(fā)出強弱不同但光斑大小不變的激光束。紅外測溫儀8主要監(jiān)控生坯表面的溫度，反饋于控制單元7，從而修正控溫程序。
[0063]如圖4所不二幅圖分別為低占空比脈沖電流4a、聞占空比脈沖電流4b以及直流電流4c的功率示意圖。燒結(jié)開始時，激光器通入低電流、低占空比脈沖電流，其中，低占空比脈沖電流下的激光照射可保證試樣的相對緩慢升溫，隨著脈沖電流的不斷增強，試樣也隨之升溫。在脈沖電流占空比不斷提升的過程中，可保持電壓、電流不變，當脈沖電流逐漸達到直流之后，繼續(xù)升溫主要靠逐漸提升電流來達到。在升溫過程中，測溫儀實時檢測試樣的溫度變化，當升溫速度超過程序所設時，可通過控制單元對電流進行調(diào)整修正。
[0064]到達燒結(jié)溫度時，采用高電流的脈沖電流進行保溫，使用脈沖電流主要是易于調(diào)整光斑的輸出功率。降溫階段，激光器輸入電流逐漸減小，測溫儀則實時監(jiān)控試樣的降溫速率，通過控制單元來修正與程序的匹配。如需要快速降溫，可直接將激光器關(guān)閉。
[0065]激光器輸出功率的變化，主要與電壓、電流、脈沖電流的占空比、脈沖電流的頻率有關(guān)。這四個主要參數(shù)的變化都可以改變激光器的功率輸出，在進行程序設計的時候，要根據(jù)激光器功率的變化幅度、變化速度來確定調(diào)整參數(shù)的方式，以上的方式僅為舉例，并不做具體的限定。
[0066]實施例二:
[0067]實施例二提供了一種激光直接燒結(jié)裝置，首先獲取多顆大功率藍光LD，將他們在支架上進行陣列排列，每一顆LD上均可加裝獨立的準直透鏡，在激光傳播的下游光路上再設置聚焦透鏡，通過調(diào)整聚焦透鏡可調(diào)整藍光LD的激光光斑的大小及排列，使得激光光斑的尺寸略大于試樣表面的尺寸，如圖2所τκ。
[0068]裝置的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，隔熱支撐件4放置在一個密閉的腔體中，隔熱支撐件4主要起承燒板的作用，同時其熱導率很低，以防燒結(jié)試樣的熱量流失。熱電偶9鑲嵌在支撐件的表面，與燒結(jié)試樣的下表面相接觸。被燒結(jié)試樣的材料粉末經(jīng)充分混合干燥造粒后，經(jīng)過壓力壓制成型和等靜壓后，得到生坯3，尺寸為8mmX8mm，放置在耐熱低熱導的支撐件4之上，底部與熱電偶9接觸。激光器1含多顆陣列排列的藍光LD，其光斑尺寸為9_X9mm，激光器1受脈沖-直流控制電源6及控制單元7控制，可依照程序響應輸入的脈沖電流和直流電流，發(fā)出強弱不同但光斑大小不變的激光束10。密閉容器的上表面鑲嵌有一塊玻璃透鏡11，具有較高的強度以抵抗抽真空時的壓力，具有極高的透明度和藍光透過率，以供激光束的透過。除此以外，容器還有第一氣管121，通過此氣管把密閉腔體抽成真空，從而實現(xiàn)真空燒結(jié)。
[0069]燒結(jié)開始時，激光器5通入低占空比、低頻率的脈沖電流，低占空比脈沖電流下的激光照射可保證試樣的相對緩慢升溫，試樣被光斑完全覆蓋可保證試樣整體的均勻加熱。熱電偶9檢測的溫度數(shù)據(jù)反饋給控制單元，控制單元控制脈沖電源逐漸提高脈沖電流的占空比和頻率，試樣也隨之升溫，所需升溫速度越快，脈沖電流占空比和頻率提高得也越快。在脈沖電流占空比、頻率不斷提升到接近直流電流時，可將電流轉(zhuǎn)為直流，此時繼續(xù)升溫主要靠逐漸提升電流大小來達到。
[0070]由于脈沖電流更易于控制，也可采用分階脈沖電流輸入的控制方法，例如:當電壓恒定為120V時，可先設置電流為1A的脈沖電流，在相應的頻率下占空比為從10%到90%可調(diào)，占空比變化到90%時，轉(zhuǎn)為直流1A，直流電流從1A逐漸提高到5A，然后改變?yōu)?0A脈沖電流，占空比從10%到90%，轉(zhuǎn)直流后繼續(xù)升高一定電流后再轉(zhuǎn)脈沖。直流-脈沖電流的設置可根據(jù)實際燒結(jié)需要，特別是升溫階段和保溫階段來進行按需調(diào)整，以上只為舉例，并不做具體的限定。
[0071]到達燒結(jié)溫度時，采用高電流的脈沖電流進行保溫，使用脈沖電流主要是有利于配合熱電偶9調(diào)整激光的輸出功率。降溫階段，激光器5輸入電流逐漸減小，測溫儀則實時監(jiān)控試樣的降溫速率，通過控制單元來修正與程序的匹配。如需要快速降溫，可直接將激光器關(guān)閉。
[0072]與實施例一相比，本實施例的燒結(jié)裝置可實現(xiàn)真空燒結(jié)，能有效增加試樣的致密度。當需要真空燒結(jié)時，接入真空泵保持燒結(jié)過程的真空度，同時較高的真空度有利于燒結(jié)試樣的熱量保存，利于快速升溫。
[0073]實施例三:
[0074]本實施例提供了一種功能擴展型激光直接燒結(jié)裝置，如圖6所示為本實施例的結(jié)構(gòu)圖，與實施例二的主要區(qū)別是增加了監(jiān)控燒結(jié)體表面溫度的紅外測溫儀8，紅外測溫儀8與熱電偶9均與控制單元7相連，同時將燒結(jié)體3的上下表面溫度實時反饋給控制單元7，易實現(xiàn)更精確的控制。其次，增加了第二氣管122，兩個氣管配合可使系統(tǒng)實現(xiàn)真空燒結(jié)、