CN102051669B - 一种用于激光悬浮区熔定向凝固的装置及定向凝固方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于激光悬浮区熔定向凝固的装置及定向凝固方法。所述的激光悬浮区熔定向凝固装置的激光器位于真空室一侧；分光镜和三个反射镜依次分布在真空室外；两个圆形的平透镜分别嵌装在真空室两侧壳体上；该平透镜的中心轴线过抽拉旋转系统的轴线并垂直于抽拉旋转系统的轴线，使经过各反射镜发射至两片凸透镜的两束激光通过平透镜后进入真空室后落在抽拉旋转系统的轴线上，实现对预制体的区熔，并通过控制激光的功率及抽拉旋转系统的转速和抽拉速率实现定向凝固。本发明用于难熔合金的激光悬浮区熔定向凝固，获得的共晶组织更细，降低了块状硅化物的尺寸，使得组织趋于规则、分布更均匀，组织的定向性增强。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工工程领域，具体是一种激光悬浮区熔定向凝固的装置及定向凝固方法。
背景技术
采取高能束进行区熔定向凝固的各种方法由于具有熔炼温度高、温度梯度高、凝固速率控制精度高、材料和环境适应性广泛、无污染等特点，现已受到国外众多学者的高度重视。区熔定向凝固过程中的固液界面前沿温度场平直是获得均匀组织的前提条件，否则所得预制体的组织及力学性能在宏观上就会出现大范围不一致，给实验结果分析以及材料应用造成极大障碍。例如在激光水平区熔试验中，等温面形状不是垂直于凝固方向的平面，而是曲面，熔区温度由熔区表面到底部逐渐降低。这就致使预制体从顶部到底部的凝固速率不同，所得组织也不同，其力学性能也有长程变化，随后的组织及性能分析就很难与凝固条件相匹配。所以各国学者及工程技术人员都在寻找能够使温场均匀且平直的方法。
可见光悬浮区熔法可熔化较大尺寸的预制体，由高功率(＞1KW)卤素灯发出的光束经镜面反射后聚焦到试棒表面，试棒向下抽拉实现定向凝固，与此同时，试棒还需旋转以改善加热的均匀性。为了提高激光加热的效率并解决激光悬浮区熔功率密度集中带来的预制体应力问题，可将试棒在同一位置进行红外预热或可见光预热。
激光基座法定向凝固设备需要将两束等功率激光由两个侧上方向聚焦于预制体上表面，由于上下两套抽拉装置的速率不同，即生长纤维速率与进料速率不同，从而生产纤维。
美国NASA格林实验室的Sayir等人利用两个高速旋转的凸轮状反射镜，实现了激光束在预制体表面的高速循环扫描，从而保证温度场均匀。成功生长出具有均匀组织的定向凝固氧化物共晶纤维。
以上方法以不同的方式保证固液界面前沿温度场均匀，但结构复杂，造价高昂。
发明内容
为克服现有技术中结构复杂，造价高昂的不足，本发明提出了一种用于激光悬浮区熔定向凝固的装置及定向凝固方法。
本发明所述的用于激光悬浮区熔定向凝固的装置包括激光器、真空室、抽拉旋转系统、电机组和反射镜，激光器位于真空室一侧，抽拉旋转系统的两端分别与两个电机组固连。本发明的特征在于，
所述的用于激光悬浮区熔定向凝固的装置还包括一个分光镜、两个平透镜、两个凸透镜及凸透镜平移装置；反射镜包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；分光镜、第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜依次分布在真空室外；两个圆形的平透镜分别嵌装在真空室两侧壳体上；该平透镜的中心轴线过抽拉旋转系统的轴线并垂直于抽拉旋转系统的轴线，使经过两片凸透镜聚焦后的两束激光通过两片平透镜进入真空室后落在抽拉旋转系统的轴线上，实现对安装在抽拉旋转系统上预制体的区熔，进而在预制体上形成熔区。
所述的分光镜位于真空室一侧、激光器的激光出口处，并且该分光镜的中心距离激光器出光口的距离为1m，分光镜的镜面与激光束成45°角，使激光束经过分光镜后分成互相垂直的两束等质量的激光；两束激光同处于水平面，其中一束激光被第一反射镜接收，另一束激光被第三反射镜接收。
所述的第一反射镜接收的激光束反射给第二反射镜；第二反射镜接收的激光束反射后，通过位于真空室一侧的凸透镜发射至与之对应的平透镜，并通过该平透镜进入真空室发射至预制体；第三反射镜接收的激光束反射后，通过位于真空室另一侧的凸透镜发射至与之对应的平透镜，并通过该平透镜进入真空室发射至预制体；第二反射镜和第三反射镜反射至预制体的激光束之间的夹角为160°。
所述的第一反射镜位于真空室另一侧，该第一反射镜的中心与分光镜中心的距离为1m；第一反射镜的镜面与分光镜的镜面相互平行；第二反射镜和第三反射镜分别位于真空室两侧，并分别与真空室与两侧壳体上的平透镜对应；第二反射镜的镜面与第一反射镜的镜面对应，并且第二反射镜镜面与所接收的激光束成50°角；第三反射镜镜面与所接收的激光束成50°角。
所述的两片凸透镜镜体中心点至由第二反射镜第三反射镜反射的激光束的交点之间的距离为270～310mm。
所述的分光镜、平透镜、反射镜和凸透镜的中心均处于同一水平面，并且分光镜、平透镜、反射镜的镜面均与水平面垂直，凸透镜的主光轴水平。所选用的凸透镜的焦距为200mm。
本发明还提出了一种利用激光悬浮区熔定向凝固装置进行定向凝固的方法，包括以下步骤：
第一步，制作预制体；通过混料、研磨、压制、烧结和成形，获得预制体，或通过切割从母材取得试棒，并去除表面氧化皮和杂质后，获得预制体；当用粉体制作预制体时，对粉体加压15～25MPa并保压5～10分钟，烧结温度为1200～1600℃，烧结时间为2～10h；
第二步，对预制体进行定向凝固；将预制体的两端分别装夹在抽拉旋转系统的上夹头和下夹头上，使凸透镜镜体中心与两束激光交点之间距离为270～310mm，使激光在预制体表面形成直径为3～4mm的光斑；打开激光器并移动同步夹头，使激光器产生的波长为630nm的红色激光束交点落在预制体底部，继而开启10.6μm波长的激光束，使激光束交点落在预制体底部；使激光功率设定至或以50W/min的速率逐步升高至定向凝固时所需的激光功率；启动抽拉旋转系统中的旋转机构，使其上夹头与下夹头同向或反向旋转，转速为1～150Rpm；启动抽拉旋转系统中的抽拉机构，预制体按1～300μm/s速率从上至下移动，实现定向凝固。
本发明采用双向等质量激光束对预制体进行区熔，同时旋转预制体，达到使预制体固液界面前沿温度场均匀平直的目的，克服了传统方法中的造价高昂，结构复杂等问题，并以较为简便的方法很好的解决了问题。如图3所示为本发明所获得的凝固速率为100μm/s时Al2O3/Y2O3/ZrO2摩尔百分比为64.6∶15.3∶20.1三元过共晶固液界面组织图片，可看出界面在直径范围内比较平整，相对于图4中所示的激光水平区熔等温线来看有明显改善。本发明能够对熔点高、不导电材料进行定向凝固组织演化研究，所得到的氧化物共晶自生复合材料组织均匀且细小致密，定向性好，其力学性能及其它功能都明显好于其他定向凝固方法。其生产的功能材料的尺寸和形状也能够满足各种光电用途，例如固体激光器、非线性光学元件以及光学光谱的应用。
激光功率在玻璃制造过程中是十分关键的参数，激光功率太高或太低都会造成玻璃体混浊，对于
的预制体来说大约20W的加工功率就可以得到优良的玻璃。这种氧化钙玻璃与传统二氧化硅玻璃的主要区别在于氧化钙玻璃有更高的折射率(1.65)以及高的玻璃转化温度(800℃)，相对来说普通氧化硅玻璃只有(400-500℃)，这就为这种玻璃的光学特性开辟了新的研究领域。
本发明用于难熔合金的激光悬浮区熔定向凝固，得到的预制体由Nb3Si和Nbss组成的共晶组织平行耦合生长，获得的共晶组织更细，降低了块状硅化物的尺寸，避免了不希望有的大块硅化物出现，使得组织趋于规则、分布更均匀，组织的定向性增强。
附图说明
附图1是激光悬浮区熔定向凝固装置的结构示意图。
附图2是激光悬浮区熔定向凝固装置结构示意图的A向视图。
附图3是本发明所获得的凝固速率为10μm/s时Al2O3/YAG共晶固液界面组织图片。
附图4是激光水平区熔组织图片及等温面示意图。
附图5是本发明获得的凝固速率为100μm/s时Al2O3/Y2O3/ZrO2摩尔百分比为64.6∶15.3∶20.1三元过共晶熔体生长陶瓷宏观照片。其中：
1.激光器 2.分光镜 3.第一反射镜 4.第二反射镜 5.第三反射镜 6.凸透镜
7.凸透镜平移装置8.平透镜 9.真空室 10.抽拉旋转系统 11.电机组
12.定位螺栓 13.预制体 14.熔区 a.凝固方向 b.激光扫描方向
c.凝固方向 d.等温线 e.2秒钟之后的等温线
具体实施方式
实施例一
本实施例是一种用于激光悬浮区熔定向凝固的装置，包括激光器1、分光镜2、反射镜、两片凸透镜6、两片平透镜8及凸透镜平移装置7、真空室9、抽拉旋转系统10和两个电机组11。本实施例中，平面反射镜三片包括第一反射镜3、第二反射镜4和第三反射镜5，并且分光镜2、第一反射镜3、第二反射镜4和第三反射镜5依次分布在真空室9外周边。激光器1位于真空室9一侧。两个圆形的平透镜8分别嵌装在真空室9两侧壳体上；该平透镜8的中心轴线过抽拉旋转系统10的轴线并垂直于抽拉旋转系统10的轴线，使经过两片凸透镜6聚焦后的两束激光通过两片平透镜8进入真空室9后落在抽拉旋转系统10的轴线上，实现对安装在抽拉旋转系统10上预制体13的熔融，进而在预制体13上形成熔14。
本实施例中，第一反射镜3接收的激光束反射给第二反射镜4；第二反射镜4接收的激光束反射后，通过位于真空室9一侧的凸透镜6发射至与之对应的平透镜8，并通过该平透镜8进入真空室9发射至熔区14；第三反射镜5接收的激光束反射后，通过位于真空室9另一侧的凸透镜6发射至与之对应的平透镜8，并通过该平透镜8进入真空室9反射至熔区14。
分光镜2、第一反射镜3、第二反射镜4和第三反射镜5，平透镜8的平面垂直于水平面。凸透镜6的主光轴水平，凸透镜焦距为200mm。分光镜2、第一反射镜3、第二反射镜4和第三反射镜5、凸透镜6及平透镜8的中心与激光器1产生的激光束中心处于同一水平面。
分光镜2的中心距离激光器出光口为1m，与激光束成45°角，激光器1产生的激光水平通过分光镜2后分成互相垂直的两束等质量的激光，两束激光所处平面水平。第一反射镜3中心与分光镜2中心距离1m，与经过分光镜2透射的激光夹角为45°。第二反射镜4中心位于由第一反射镜3反射的光束中心，其中心与第一反射镜3中心距离为1m，并与激光束成50°夹角。第三反射镜5中心位于由分光镜2反射的光束中心，其中心与分光镜2中心距离为1m，并与激光束成50°夹角，最终经第二反射镜4及第三反射镜5反射后的两束激光夹角为160°。
两片凸透镜6镜体的中心点分别经过第二反射镜4与第三反射镜5反射的激光束中心，由两片凸透镜6镜体的中心点到两束激光交点距离通过凸透镜平移装置7能够调整，本实施例中，所述的凸透镜镜体中心点至由第二反射镜4和第三反射镜5反射的激光束的交点之间的距离为270～310mm。
抽拉旋转系统10包括上夹头和下夹头，抽拉旋转系统10的轴线竖直，并且该抽拉旋转系统10的两端分别与两个电机组11固连，并通过电机组11实现抽拉旋转系统的旋转及轴向运动。抽拉旋转系统10的上夹头和下夹头均为圆形杆件，并且该上夹头和下夹头外圆周的一端均有凸出的台阶，使其外形呈“T”形；在上夹头和下夹头有凸出的台阶一端的端面中心均有盲孔，该盲孔的内径略大于预制体13的外径。
预制体13的两端分别装入位于抽拉旋转系统10上夹头和下夹头一端端面中心的盲孔内，并通过定位螺栓12将预制体紧固定位。预制体13与抽拉旋转系统10同轴。
实施例二
本实施例是一种用于Al2O3/YAG氧化物共晶的激光悬浮区熔定向凝固的方法，其具体过程包括以下步骤：
第一步，制作预制体；将Al2O3及Y2O3两种纯度为4N的粉体按照Al2O3/YAG共晶成分混合并放入研钵中，加入10％的PVA粘结剂，通过常规方法将粉体混合并研磨至无团聚硬块；将10克混好的粉体放入内腔尺寸为68×10mm的模具中，合模加压25MPa，保压5分钟，将粉体压制成68×10×5mm的板块，形成预制体的坯料；在大气下对压好的预制体的坯料进行烧结，以增加预制体的强度，所需的烧结温度与烧结时间依不同材料确定，本实施例中，烧结温度为1400℃，保温烧结2小时；随炉冷却。用金刚石切割片将烧结好的预制体坯料切成68mm×4mm×4mm的条状。用砂纸将其棱角磨掉，形成近圆形棒，得到预制体。
第二步，对预制体进行定向凝固；将预制体的两端装夹在抽拉旋转系统的上夹头和下夹头上；关闭真空室门并抽真空至10-4Pa，随后充入高纯氩气做保护气体。通过调整凸透镜平移装置调整凸透镜的位置，使凸透镜镜体中心点至由第二反射镜、第三反射镜反射的激光束的交点之间的距离为310mm，在预制体表面形成直径为4mm的光斑；打开激光器并移动抽拉旋转系统中的抽拉机构，使激光器产生的波长为630nm的红色激光束交点落在预制体底部，继而开启10.6μm波长的激光束，使激光束交点落在预制体底部；为防止预制体骤热炸裂，使激光功率以50W/min的速率逐步升高至氧化物共晶定向凝固时所需的功率，本实施例中，激光功率逐步升高至200W，此时预制体被激光区熔；开启抽拉旋转系统中的旋转机构，该旋转机构转速为50Rpm；开启抽拉旋转系统中的抽拉机构，使预制体按10μm/s速率从上至下移动，实现氧化物共晶的定向凝固。
实施例三
本实施例是一种用于氧化物三元过共晶的激光悬浮区熔定向凝固的方法。本实施例的具体实施过程包括以下步骤，
第一步，制作预制体；将Al2O3、Y2O3及ZrO2三种纯度为4N的粉体按照摩尔百分比64.6∶15.3∶20.1混合并放入研钵中，加入10％的PVA粘结剂，通过常规方法将粉体混合并研磨至无团聚硬块；将10克混好的粉体放入内腔尺寸为68×10mm的模具中，合模加压20MPa，保压7分钟，将粉体压制成68×10×5mm的板块，形成预制体的坯料；在大气下对压好的预制体的坯料进行烧结，以增加预制体的强度，所需的烧结温度与烧结时间依不同材料确定，本实施例中，烧结温度为1600℃，保温烧结2小时；随炉冷却。用金刚石切割片将烧结好的预制体坯料切成68mm×4mm×4mm的条状。用砂纸将其棱角磨掉，形成近圆形棒，得到预制体。
第二步，对预制体进行定向凝固；将预制体的两端装夹在抽拉旋转系统的上夹头和下夹头上；关闭真空室门并抽真空至10-4Pa，随后充入高纯氩气做保护气体。通过调整凸透镜平移装置调整凸透镜的位置，使凸透镜镜体中心点至由第二反射镜、第三反射镜反射的激光束的交点之间的距离为310mm，在预制体表面形成直径为4mm的光斑；打开激光器并移动抽拉旋转系统中的抽拉机构，使激光器产生的波长为630nm的红色激光束交点落在预制体底部，继而开启10.6μm波长的激光束，使激光束交点落在预制体底部；为防止预制体骤热炸裂，使激光功率以50W/min的速率逐步升高至氧化物三元过共晶定向凝固时所需的功率，本实施例中，激光功率逐步升高至200W，此时预制体被激光区熔，开启抽拉旋转系统中的旋转机构，该旋转机构转速为100Rpm；开启抽拉旋转系统中的抽拉机构，使预制体按100μm/s速率从上至下移动，实现氧化物三元过共晶的定向凝固。
实施例四
本实施例是一种用于难熔合金的激光悬浮区熔定向凝固的方法，其具体过程包括以下步骤：
第一步，制作预制体；采用电弧熔炼方法制备Nb-17.5Si母合金锭，用线切割从母合金锭上取
的试棒，打磨试棒表面和端面，然后用酒精清洗，去除表面氧化皮和杂质，得到预制体。
第二步，对预制体进行定向凝固；将预制体的两端装夹在抽拉旋转系统的上夹头和下夹头上；关闭真空室门并抽真空至10-4Pa，随后充入高纯氩气做保护气体。通过调整凸透镜平移装置调整凸透镜的位置，使凸透镜镜体中心点至由第二反射镜、第三反射镜反射的激光束的交点之间的距离为290mm，以在预制体表面形成直径为3.5mm的光斑。打开激光器并移动抽拉旋转系统中的抽拉机构，使激光器产生的波长为630nm的红色激光束交点落在预制体底部，继而开启10.6μm波长的激光束，使激光束交点落在预制体底部；使激光功率以50W/min的速率逐步升高至难熔合金定向凝固时所需的功率，本实施例中，激光功率逐步升高至1400W。当预制体区熔后，开启抽拉旋转系统中的旋转机构使其反向旋转，该旋转机构转速为50Rpm；开启抽拉旋转系统中的抽拉机构，使预制体以300μm/s的速度从上至下抽拉，实现难熔合金的定向凝固。
实施例五
本实施例是一种氧化钙玻璃体的激光悬浮区熔定向凝固的方法，其具体过程包括以下步骤：
第一步，制作预制体；将CaSiO3和Ca3(PO4)2两种粉体按照摩尔百分比80∶20混合，并放入研钵中，加入少量水使粉体潮湿并搅拌均匀。通过常规方法将粉体研磨至没有团聚硬块为止。将5g混好的粉体放入等静压模具中，在15MPa下保压10分钟压制成
×70的棒状。在大气下对压好的预制体的坯料进行烧结，以增加预制体的强度，所需的烧结温度与烧结时间依不同材料确定，本实施例中，烧结温度为1200℃，烧结时间10小时；随炉冷却。得到预制体。
第二步，对预制体进行定向凝固；将预制体的两端装夹在抽拉旋转系统的上夹头和下夹头上；关闭真空室门并抽真空至10-4Pa，随后充入高纯氩气做保护气体。通过调整凸透镜平移装置调整凸透镜的位置，使凸透镜镜体中心点至由第二反射镜、第三反射镜反射的激光束的交点之间的距离为270mm，在预制体表面形成直径为3mm光斑。打开激光器并移动抽拉旋转系统中的抽拉机构，使激光器产生的波长为630nm的红色激光束交点落在预制体底部，继而开启10.6μm波长的激光束，使激光束交点落在预制体底部；调整激光器的输出功率为氧化钙玻璃体定向凝固时所需的功率，本实施例中，激光功率为20W。当预制体区熔后，开启抽拉旋转系统中的旋转机构，并调整该旋转机构转速为50Rpm；开启抽拉旋转系统中的抽拉机构，使预制体以50μm/s的速度从上至下抽拉，实现氧化钙玻璃体的定向凝固。
实施例六
本实施例是一种镍基高温合金的激光悬浮区熔定向凝固的方法，其具体过程包括以下步骤：
第一步，制作预制体；利用线切割将镍基单晶高温合金锭切成规格为
的试棒，打磨试棒表面和端面，并用酒精清洗，去除表面氧化皮和杂质，得到预制体。
第二步，对预制体进行定向凝固；将预制体的两端装夹在抽拉旋转系统的上夹头和下夹头上；关闭真空室门并抽真空至10-4Pa，随后充入高纯氩气做保护气体。通过调整凸透镜平移装置调整凸透镜的位置，使凸透镜镜体中心点至由第二反射镜、第三反射镜反射的激光束的交点之间的距离为310mm，在预制体表面形成直径为4mm的光斑。移动抽拉旋转系统中的抽拉机构，使激光器产生的波长为630nm的红色激光束交点落在预制体底部，继而开启10.6μm波长的激光束，使激光束交点落在预制体底部。使激光功率以50W/min的速率逐步升高至镍基高温合金定向凝固时所需的功率，本实施例中，激光功率逐步升高至1400W，此时预制体被激光区熔。当预制体区熔后，开启抽拉旋转系统中的旋转机构使其反向旋转，该旋转机构转速为1Rpm；开启抽拉旋转系统中的抽拉机构，使预制体按150μm/s速率从上至下移动，实现镍基高温合金的定向凝固。
实施例七
本实施例是一种半导体材料的激光悬浮区熔定向凝固的方法，其具体过程包括以下步骤：
第一步，制作预制体；将多晶的纯度为5N的ZnSe原料用线切割将料锭切成
的棒料，打磨试棒表面和端面，并用酒精清洗，去除表面氧化皮和杂质，完成预制体的制作。
第二步，对预制体进行定向凝固；将预制体的两端装夹在抽拉旋转系统的上夹头和下夹头上；关闭真空室门并抽真空至10-4Pa，随后充入高纯氩气做保护气体。通过调整凸透镜平移装置调整凸透镜的位置，使凸透镜镜体中心点至由第二反射镜、第三反射镜反射的激光束的交点之间的距离为270mm，在预制体表面形成直径为3mm的光斑。打开激光器并移动抽拉旋转系统中的抽拉机构，使激光器产生的波长为630nm的红色激光束交点落在预制体底部，继而开启10.6μm波长的激光束，使激光束交点落在预制体底部；使激光功率以50W/min的速率逐步升高至半导体材料定向凝固时所需的功率，本实施例中，激光功率逐步升高至800W。当预制体区熔后，开启抽拉旋转系统中的旋转机构使其反向旋转，该旋转机构转速为50Rpm；开启抽拉旋转系统中的抽拉机构，使预制体以1μm/s的速度向下抽拉，实现半导体材料的定向凝固，获得了成分均匀的单晶半导体材料。
实施例八
本实施例是一种用于Al2O3/YAG氧化物共晶的激光悬浮区熔定向凝固的方法，其具体过程包括以下步骤：
第一步，制作预制体；将Al2O3及Y2O3两种纯度为4N的粉体按照Al2O3/YAG共晶成分混合并放入研钵中，加入10％的PVA粘结剂，通过常规方法将粉体混合并研磨至无团聚硬块；将10克混好的粉体放入内腔尺寸为68×10mm的模具中，合模加压30MPa，保压7分钟，将粉体压制成68×10×5mm的板块，形成预制体的坯料；在大气下对压好的预制体的坯料进行烧结，以增加预制体的强度，所需的烧结温度与烧结时间依不同材料确定，本实施例中，烧结温度为1400℃，保温烧结2小时；随炉冷却。用金刚石切割片将烧结好的预制体坯料切成68mm×4mm×4mm的条状。用砂纸将其棱角磨掉，形成近圆形棒，得到预制体。
第二步，对预制体进行定向凝固；将预制体的两端装夹在抽拉旋转系统的上夹头和下夹头上；关闭真空室门并抽真空至10-4Pa，随后充入高纯氩气做保护气体。通过调整凸透镜平移装置调整凸透镜的位置，使凸透镜镜体中心点至由第二反射镜、第三反射镜反射的激光束的交点之间的距离为310mm，在预制体表面形成直径为4mm的光斑；打开激光器并移动抽拉旋转系统中的抽拉机构，使激光器产生的波长为630nm的红色激光束交点落在预制体底部，继而开启10.6μm波长的激光束，使激光束交点落在预制体底部；使激光功率以50W/min的速率逐步升高至半导体材料定向凝固时所需的功率，本实施例中，激光功率逐步升高至200W，此时预制体被激光区熔；开启抽拉旋转系统中的旋转机构，该旋转机构转速为150Rpm；开启抽拉旋转系统中的抽拉机构，使预制体按220μm/s速率从上至下移动，实现氧化物共晶的定向凝固。
Claims (4)
1.一种用于激光悬浮区熔定向凝固的装置，包括激光器(1)、真空室(9)、抽拉旋转系统(10)、电机组(11)和反射镜，激光器(1)位于真空室(9)一侧；抽拉旋转系统(10)的两端分别与两个电机组(11)固连；其特征在于，
a.所述的用于激光悬浮区熔定向凝固的装置还包括分光镜(2)、平透镜(8)、凸透镜(6)及凸透镜平移装置(7)；反射镜包括第一反射镜(3)、第二反射镜(4)和第三反射镜(5)；分光镜(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)和第三反射镜(5)依次分布在真空室(9)外；平透镜(8)有两个，分别嵌装在真空室(9)两侧壳体上，并与熔区(14)位置对应；
b.分光镜(2)位于真空室(9)一侧、激光器(1)的激光出口处，并且该分光镜的中心距离激光器出光口的距离为1m，分光镜(2)的镜面与激光束成45°角，使激光束经过分光镜后分成互相垂直的两束等质量的激光；两束激光处于同一水平面，其中一束激光被第一反射镜(3)接收，另一束激光被第三反射镜(5)接收；
c.第一反射镜(3)接收的激光束反射给第二反射镜(4)；第二反射镜(4)接收的激光束反射后，通过位于真空室(9)一侧的凸透镜(6)发射至与之对应的平透镜(8)，并通过该平透镜(8)进入真空室(9)发射至熔区(14)；第三反射镜(5)接收的激光束反射后，通过位于真空室(9)另一侧的凸透镜(6)发射至与之对应的平透镜(8)，并通过该平透镜(8)进入真空室(9)发射至熔区(14)；第二反射镜(4)和第三反射镜(5)反射至熔区(14)的激光束之间的夹角为160°；
d.第一反射镜(3)位于真空室(9)另一侧，该第一反射镜(3)的中心与分光镜(2)中心的距离为1m；第一反射镜(3)的镜面与分光镜(2)的镜面相互平行；第二反射镜(4)和第三反射镜(5)分别位于真空室(9)两侧，并分别与真空室(9)与两侧壳体上的平透镜(8)对应；第二反射镜(4)的镜面与第一反射镜(3)的镜面对应，并且第二反射镜(4)镜面与所接收的激光束成50°角；第三反射镜(5)镜面与所接收的激光束成50°角；
e.两片凸透镜(6)镜体中心点至由第二反射镜(4)第三反射镜(5)反射的激光束的交点之间的距离为270～310mm。
2.如权利要求1所述一种用于激光悬浮区熔定向凝固的装置，其特征在于，分光镜(2)、平透镜(8)、凸透镜(6)和反射镜均与熔区(14)处于同一水平面。
3.如权利要求1所述一种用于激光悬浮区熔定向凝固的装置，其特征在于，所选用的凸透镜(6)的焦距为200mm。
4.一种利用权利要求1所述激光悬浮区熔定向凝固装置进行定向凝固的方法，其特征在于，所述的定向凝固方法包括以下步骤：
第一步，制作预制体；通过混料、研磨、压制、烧结和成形，获得预制体，或从母材取得试棒，并去除表面氧化皮和杂质后，获得预制体；
第二步，对预制体进行定向凝固；将预制体的两端分别装夹在抽拉系统的上夹头和下夹头上，使凸透镜镜体中心与两束激光交点之间距离为270～310mm，使激光在预制体表面形成直径为3～4mm的光斑；设定激光功率为20W，或使激光功率以50W/min的速率逐步升高至200～1400W；启动试样旋转系统，转速为1～150Rpm；启动抽拉机构，使预制体按1～300μm/s速率从上至下移动，实现定向凝固。
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