[发明专利]激光泵浦腔Al2O3陶瓷反射体的热压铸成型技术

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷精密成型技术领域，具体为激光泵浦腔Al₂O₃陶瓷反射体的热压铸成型、脱脂与烧结技术及相关工艺参数。

技术背景

激光是近代科学史上最伟大的发明之一，自1958年肖洛和汤斯首篇描述光频下产生激光作用条件的论文以及1960年梅曼第一台红宝石激光器诞生以来，激光科学和技术的发展一日千里。它不仅对传统学科和技术的发展产生巨大的影响，而且还开创了许多令人神往的新兴领域。目前，激光在科学研究、工农业生产、信息、通讯、国防、娱乐文化和环境保护等领域的应用日益深入、广泛。

重复率、高功率、大能量的激光器可以被广泛地应用于各个领域。众所周知，激光系统对激光器的要求是非常苛刻的，特别是在体积、功耗、冷却几个方面，从应用目标出发，必须在保持其体积小巧、效率高、冷却散热方便、光束质量好等优点的同时，实现更高能量的激光输出，逐步替代现有的体积庞大的激光系统。然而增加激光器的功率确有很多困难。通常激光器的能量是从可得到的最大体积地单个激活介质中得到的，因此受到很多限制。

固体激光器的总体效率只有百分之几，绝大部分输入能量都转变为使泵浦灯、工作物质和泵浦腔温度升高的热能。激光器泵浦腔的作用是将泵浦光源辐射的光能最大限度地聚集到工作物质上，同时要求尽可能地获得均匀的照明度。泵浦腔的性能直接影响激光器的转换效率和激光性能。

光的传输效率是固体激光器的关键，泵浦腔所用的材料在所需波长范围内除具有高的反射率外，还必须有良好的机械强度，高的热导率。泵浦腔通常是一个空心封闭的几何形体，光源和工作物质包藏其中，工作表面为高反射镜面或漫反射表面。目前制备固体激光泵浦腔有两种不同的工艺。比较早的一种是将金属反射体抛光而制成特殊的反射镜面，利用适当的涂层增加金属表面的反射率，这种反射体最大的不足是抵抗划痕及其它机构损坏的能力低。另外一种新的工艺就是在泵浦灯和激光工作物质即所谓的密封对称体系周围放置漫反射表面。第一个漫反射体是将金属氧化物粉末融入到玻璃或熔融氧化硅密封套内做成的，粉末型反射体最大的不足是热导率较低。综上所述，目前激光器普遍采用的金属腔和玻璃腔的镀层受外界环境的影响较大，易氧化，稳定性较差，进而影响激光器的寿命。

氧化铝陶瓷因其本身具有很高的漫反射率，而且热导率、机械强度都很高，同时氧化铝陶瓷耐腐蚀、化学稳定性好，因而倍受国内外的关注，成为研制激光泵浦腔比较理想的材料。

发明内容

本发明的目的在于提出一种激光泵浦腔Al₂O₃陶瓷反射体的热压铸成型、脱脂与烧结技术及相关工艺参数。

一种适合激光泵浦腔Al₂O₃陶瓷反射体成型的方法。首先，将90～99％Al₂O₃与石蜡和表面活性剂等混合，制备料浆，然后，将混合好的料浆加入热压铸成型机，调节注射压力和温度，注射，脱模，得成型坯体，最后，采用低温脱脂制度对成型坯体进行脱脂，再在一定温度下进行烧结。

本发明的作用机理是：陶瓷热压铸成型是将陶瓷粉体与石蜡等有机物混合，使其在一定温度下具有一定的流动性。然后，在一定压力下，将预混好的浆料注射到模具中，脱模得陶瓷坯体。最后，通过热处理等方式将石蜡等有机物脱出，并保持成型坯体的形状，再在一定的温度下进行煅烧，得陶瓷制品。

本发明还提出上述方法的相关工艺参数，具体如下：

首先，将预混好的Al₂O₃陶瓷料浆在55～65℃下，以5～7MPa压力注入成型模具，脱模并对坯体进行适当修整，然后采用室温至120℃升温4～12小时、120℃至160℃升温20～70小时、160℃至280℃升温10～50小时的低温脱脂制度脱出石蜡等有机物，最后，采用10～40℃/小时的升温速率升温至1100～1500℃进行煅烧，保温1～5小时，得陶瓷制品。

本发明的特点：

1、工艺过程较为简单，易于实现，便于控制。

2、通过采用热压铸成型工艺，实现陶瓷近净尺寸成型，避免和减少了后期加工成本。

3、通过低温脱脂制度的确定，可减少缺陷，提高制品性能。

本制备工艺的使用方法如下：