[发明专利]一种特种纤维激光隧道制备方法和装置

说明书

本发明公开了一种特种纤维激光隧道制备方法和装置，采用激光束直接辐照加热特种纤维预制品，通过激光束被隧道管内壁多次漫反射，从而保证激光束能够被特种纤维预制品充分吸收，有效地提高了能量的利用率。该特种纤维激光隧道制备装置包括激光器(1)、整形镜(2)、隧道管(3)、隔热包层(4)、支撑座A(5)、支撑座B(6)、气嘴(7)和底座(8)。该装置预热周期短，能耗低，对炉体材料耐温要求低等优点。

技术领域

本发明涉及一种特种纤维激光隧道制备方法和装置，属于激光应用技术领域。

背景技术

在特种纤维(碳纤维)制备中，高温碳化和石墨化热处理主要采用高温管式间接加热及高频电磁能加热模式，预热周期长，能耗高，能源浪费严重且对炉体材料提出了极高的耐高温要求。该激光隧道制备工艺颠覆了传统电热管或电磁加热工艺，具有能量利用率高、加热速度快且瞬间高温等优异性能，利于提高碳纤维的质量，大幅降低能耗，显著降低碳纤维的生产制造成本。

发明内容

针对传统高温管式间接加热及高频电磁能加热模式，预热周期长，能耗高，能源浪费严重且对炉体材料耐温要求高的问题，本发明提供了一种特种纤维激光隧道制备方法和装置。

本发明的技术解决方案如下：

一种特种纤维激光隧道制备方法，该方法是采用经过整形的激光束倾斜直接辐照在特种纤维预制品表面，特种纤维预制品吸收光能并将其转换为热能，从而使特种纤维预制品在局部区域达到瞬间高温，未辐照在特种纤维预制品表面的激光束和被特种纤维预制品表面反射的激光束入射到具有漫反射功能的隧道管壁上，然后在隧道管道内壁多次漫反射，从而保证激光束能够被特种纤维预制品充分吸收。

如附图1所示，本发明提供的一种特种纤维激光隧道制备装置包括激光器1、整形镜2、隧道管3、隔热包层4、支撑座A5、支撑座B 6、气嘴7和底座8；所述的激光器1为红外波长的列阵半导体激光器，其发射的激光束以与特种纤维束45°角辐照特种纤维预制品；所述的整形镜2为微柱面镜阵列，用于对激光器1中每个发光芯片发射的光束进行准直，并保证与特种纤维束45°角辐照特种纤维预制品；所述的隧道管3为内壁喷涂有陶瓷反射粉的不锈钢材质管道且管道侧壁开有一个光学窗口，从整形镜2出射的激光束通过管道侧壁光学窗口入射到管道内部并照射在特种纤维预制品表面，入射到管道内壁的光束在内壁表面发生漫反射，并照射到特种纤维预制品表面；所述的隔热包层4为硅酸铝棉，包覆在隧道管3外侧以减少热量损失；所述的支撑座A5和支撑座B 6为316型号不锈钢材质的支撑座，特种纤维束从中心孔穿过，用于装夹和支撑隧道管3；所述的气嘴7为316型号不锈钢材质的通气嘴，用于向管道内部通入保护气；所述的底座8为所述的一种特种纤维激光隧道制备装置的底板，用于固定支撑座A5和支撑座B 6。

有益效果：本发明提供的一种特种纤维激光隧道制备方法和装置，采用激光束直接辐照加热特种纤维预制品，通过激光束被隧道管内壁多次漫反射，从而保证激光束能够被特种纤维预制品充分吸收，有效地提高了能量的利用率。该特种纤维激光隧道制备装置预热周期短，能耗低，对炉体材料耐温要求低等优点。

附图说明

图1是一种特种纤维激光隧道制备装置示意图。

图中：1-激光器，2-整形镜，3-隧道管，4-隔热包层，5-支撑座A，6-支撑座B，7-气嘴，8-底座。

具体实施方式

实施例1一种特种纤维激光隧道制备方法和装置。

本发明的技术解决方案如下：

一种特种纤维激光隧道制备方法，该方法是采用经过整形的激光束倾斜直接辐照在特种纤维预制品表面，特种纤维预制品吸收光能并将其转换为热能，从而使特种纤维预制品在局部区域达到瞬间高温，未辐照在特种纤维预制品表面的激光束和被特种纤维预制品表面反射的激光束入射到具有漫反射功能的隧道管壁上，然后在隧道管道内壁多次漫反射，从而保证激光束能够被特种纤维预制品充分吸收。

如附图1所示，本发明提供的一种特种纤维激光隧道制备装置包括激光器1、整形镜2、隧道管3、隔热包层4、支撑座A5、支撑座B 6、气嘴7和底座8；所述的激光器1优选808nm、880nm、888nm、915nm、940nm或976nm波长的列阵半导体激光器，其发射的激光束以与特种纤维束45°角辐照特种纤维预制品；所述的整形镜2为微柱面镜阵列，用于对激光器1中每个发光芯片发射的光束进行准直，并保证与特种纤维束45°角辐照特种纤维预制品；所述的隧道管3为内壁喷涂有陶瓷反射粉的不锈钢材质管道且管道侧壁开有一个光学窗口，从整形镜2出射的激光束通过管道侧壁光学窗口入射到管道内部并照射在特种纤维预制品表面，入射到管道内壁的光束在内壁表面发生漫反射，并照射到特种纤维预制品表面；所述的隔热包层4为硅酸铝棉，包覆在隧道管3外侧以减少热量损失；所述的支撑座A5和支撑座B 6为316型号不锈钢材质的支撑座，特种纤维束从中心孔穿过，用于装夹和支撑隧道管3；所述的气嘴7为316型号不锈钢材质的通气嘴，用于向管道内部通入保护气；所述的底座8为所述的一种特种纤维激光隧道制备装置的底板，用于固定支撑座A5和支撑座B 6。