DE3039634C2

DE3039634C2 - Method of manufacturing a waveguide laser body

Info

Publication number: DE3039634C2
Application number: DE19803039634
Authority: DE
Inventors: Friedbert Dipl.-Phys. 8011 Zorneding Mohr; Gunther Dipl.-Phys. Dr. 8012 Ottobrunn Sepp
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1980-10-21
Filing date: 1980-10-21
Publication date: 1982-11-04
Also published as: DE3039634A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenleiterlaserkörpers, insbesondere CO₂-Wellenleiterlaserkörpers, mit einer Laserkapillare und mit radialen Hohlräumen für Gas-, Kühlmittel- und Elektrodenanschlüsse.The invention relates to a method for producing a waveguide _{laser body, in particular a CO 2} waveguide laser body, with a laser capillary and with radial cavities for gas, coolant and electrode connections.

Bisher bekannte Verfahren zur Herstellung solcher Laserkörper werden vorwiegend auf ein sogenanntes Vollmaterialstück bezogen, aus dem dann durch Bohren, Schleifen und Schrubben das Laserrohr gefertigt wird. Abgesehen von dem hohen Material- und Maschinenaufwand ist die Ausschußquote der fertiggestellten Körper sehr hoch, weil infolge des oft extrem harten Keramikmaterials und des extrem hohen Länge-zuDurchmesser-Verhältnisses der Laserkapillaren die entsprechende Bohrung der Laserkapillarröhre nicht genügend geradlinig und achszentrisch und/oder nicht von genügender Oberflächengüte ist (siehe J. Phys. D: Appl. Phys. Bd 11 (1978), Nr. 8, Seite L 111 bis L 114).Previously known methods for producing such laser bodies are mainly based on a so-called A piece of solid material from which the laser tube is then made by drilling, grinding and scrubbing. Apart from the high material and machine costs, the reject rate is the finished one Body very high because, due to the often extremely hard ceramic material and the extremely high length-to-diameter ratio of the laser capillaries, the Corresponding drilling of the laser capillary tube not sufficiently straight and axially centered and / or not is of sufficient surface quality (see J. Phys. D: Appl. Phys. Vol 11 (1978), No. 8, pages L 111 to L 114).

Weiterhin ist die Herstellung der praktisch immer erforderlichen Metall-Anschlüsse an die Keramik-Laserröhre sehr aufwendig. Sie erfordert z. B. das Bedampfen der Keramikröhre mit metallischen Zwischenschichten in Vakuumanlagen oder das Einbrennen von metallisierenden Pasten in Brennofen mit nachfolgender galvanischer Verstärkung der aufgebrachten Schichten. Nach diesen Vorarbeiten erfolgt dann derFurthermore, the production of the metal connections to the ceramic laser tube, which are practically always required, is very expensive. It requires z. B. that Vapor deposition of the ceramic tube with metallic intermediate layers in vacuum systems or baking of metallizing pastes in a furnace with subsequent galvanic reinforcement of the applied Layers. After this preliminary work, the eigentliche Vorgang des Verbindens von Keramikröhre und Metallanschlüssen z. B. durch Löten. Auch diese Vorgänge erhöhen die Ausschußquote, -.veil die Verbindungen nicht immer genügend vakuumdicht werden.actual process of joining ceramic tube and metal connections e.g. B. by soldering. These processes also increase the reject rate, because the Connections do not always become sufficiently vacuum-tight.

Schließlich ist auch die konstruktive Freiheit bei der Ausbildung von sich nach außen hin verjüngenden Hohlräumen im Keramikrohr beschränkt So müssen z. B. die für die Aufnahme der Elektroden vorgesehenen Hohlräume das anschließende Einbringen der Elektroden zulassen; die verbleibende öffnung mit metallischer Stromzuleitung muß anschließend wieder vakuumdicht verschlossen werden.Finally, there is also the constructive freedom in the training of tapering outwards Cavities in the ceramic tube limited. B. those provided for receiving the electrodes Cavities allow subsequent introduction of the electrodes; the remaining opening with metallic The power supply line must then be closed again in a vacuum-tight manner.

Aus E. Kretzschmar »Metall-, Keramik- und Plastspritzen«, Berlin 1962, Seiten 329—332 ist es bekannt geworden, Keramikwerkstoffe mittels eines Flammspritzverfahrens aufzutragen.It is known from E. Kretzschmar "Metall-, Keramik- und Plastspritzen", Berlin 1962, pages 329-332 has become to apply ceramic materials by means of a flame spray process.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung von Wellenleiterlaserkörpern anzugeben, mit dem Kapillardurchmesser von vorzugsweise ca. 0,5 bis 5 mm Durchmesser mit hochgenauer Geradheit und Oberflächengüte erzielt werden können, und das die Herstellung vakuumdichter Verbindungen zwischen Laserkörper und Metallanschlüssen und die Anordnung von Metallteilen in sich nach außen hin verjüngenden Hohlräumen des Laserkörpers im gleichen Arbeitsgang erlaubt.The present invention is based on the object of specifying a method for the production of waveguide laser bodies with which capillary diameters of preferably about 0.5 to 5 mm in diameter can be achieved with highly precise straightness and surface quality, and the production of vacuum-tight connections between the laser body and metal connections and allows the arrangement of metal parts in outwardly tapering cavities of the laser body in the same operation.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 niedergelegten Maßnahmen gelöstThis object is achieved by the measures laid down in claim 1

Besondere Ausführungsarten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Special embodiments of the invention emerge from the subclaims.

In der Beschreibung wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert I η der Zeich nung zeigtThe description is based on the drawings an embodiment of the method according to the invention explains I η of the drawing shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der zu fertigenden Laserröhre;F i g. 1 shows a longitudinal section through an embodiment of the laser tube to be manufactured; F i g. 1 a einen Querschnitt gemäß F i g. 1; F i g. 2 einen Längsschnitt durch das Formmodell entsprechend dem Laserrohr gemäß Fig. 1;F i g. 1 a shows a cross section according to FIG. 1; F i g. 2 shows a longitudinal section through the mold model corresponding to the laser tube according to FIG. 1;

Fig.2a einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß F i g. 2 und zusätzlich angeordnetem Abdeckblech.2a shows a section along the line AA according to FIG. 2 and additionally arranged cover plate.

Die Fig. 1 und 1 a zeigen den zu formenden Laserkörper bzw. die Laserröhre 10, die im gezeigten Ausführungsbeispiel drei sternförmig um eine Kapillarbohrung 12 angeordnete Hilfshohlräume 13 aufweist. Diese Hilfshohlräume 13 können sowohl als Gasreservekammern als auch zum Kühlmitteldurchfluß dienen, je nachdem, ob sie mit der Laserkapillaren 12 oder mit dem Außenraum durch die radialen Bohrungen oder Hohlräume 13a verbunden sind.1 and 1 a show the laser body to be shaped or the laser tube 10 shown in FIG Embodiment has three auxiliary cavities 13 arranged in a star shape around a capillary bore 12. These auxiliary cavities 13 can serve both as gas reserve chambers and for coolant flow, depending after whether they are with the laser capillaries 12 or with the outer space through the radial bores or Cavities 13a are connected.

Dieses Formgebilde wird nun dadurch hergestellt, daß ein entsprechendes Formmodell 11 (F i g. 2 und 2a) hergestellt wird, auf welches dann im Flammspritzverfahren Keramikmaterial 14 aus wechselnden Richtun gen aufgetragen wird. Hierzu kann es sich als vorteilhaft und rationell erweisen, wenn im Verlauf des Flammspritzvorganges hinter das Formmodell 11, d.h. in Spritzrichtung gestellt, ein vorgeformtes Abdeckblech 16 angeordnet ist. Dadurch wird in diesem Bereich die Außenkontur' der Laserröhre 10 definiert, was z. B. zur einfachen Herstellung von Paß- oder Montageflächen i3b verwendet werden kann. Bei Bedarf kann der Flammspritzvorgang zur Anordnung zusätzlicher Formteile und Abdeckbleche unterbrochen und anschließend mit veränderter Spritzrichtung fortgeführt werden, um ungewollte Abschattungen der Spritzzone durch davorliegende Teile des Formmodells zu umge-This molded structure is now produced in that a corresponding mold model 11 (FIGS. 2 and 2a) is produced, onto which ceramic material 14 is then applied from alternating directions in the flame spraying process. For this purpose, it can prove to be advantageous and efficient if, in the course of the flame spraying process, a preformed cover plate 16 is arranged behind the mold model 11, ie placed in the spraying direction. As a result, the outer contour 'of the laser tube 10 is defined in this area, which z. B. can be used for the simple production of fitting or mounting surfaces i3b . If necessary, the flame spraying process can be interrupted to arrange additional molded parts and cover plates and then continued with a different spraying direction in order to avoid unwanted shadowing of the spray zone by parts of the mold model in front of it.

hen. Hat das aufgetragene Material die erwünschte Stärke erreicht, so wird der Flammspritzvorgang abgebrochen und das Formmodell 11 mechanisch oder chemisch aus dem gefertigten Bauteil entfernt Zur Erleichterung dieses Vorgangs kann das Formmodell 5 z. B. aus Graphit oder weicher Keramik bzw. aus metallischen Hohlrohren und Blechen gefertigt sein. Es versteht sich, daß die genaue Dicke des Keramikauftrags nur an den Stellen exakt kontrolliert wird, an denen sich das Abdeckblech oder ein entsprechendes Formteil befindet. Alle übrigen Stellen werden einen mehr oder weniger glatten, jedoch nicht sehr maßhaltigen Oberflächenverlauf aufweisen. Dies ist jedoch nicht nachteilig, falls man, wie oben erwähnt, Formteile für Paß- oder Montageflächen vorsiehthen. When the applied material has reached the desired thickness, the flame spraying process is started canceled and the mold model 11 mechanically or chemically removed from the manufactured component To facilitate this process, the shape model 5 z. B. graphite or soft ceramic or from metallic hollow tubes and sheets. It goes without saying that the exact thickness of the ceramic application is only checked exactly at the points where the cover plate or a corresponding one is Molding is located. All other places will be more or less smooth, but not very dimensionally stable Have surface course. However, this is not disadvantageous if, as mentioned above, molded parts for Provides fitting or assembly surfaces

Das Formmodell 11 wird mit Endplatten 15 versehen, an denen es zum Spritzvorgang aufgehängt werden kann. Diese Endplatten sind so ausgeführt daß sie zur B.'idung der Spiegelträgerplatten des Laserrohres 10 führen, d. h, daß diese Endplatten ebenfaⁿs aus einem Material bestehen, das mechanisch oder chemisch problemlos entfernt werden kann.The mold model 11 is provided with end plates 15 from which it can be hung for the injection molding process. These end plates are designed in such a way that they lead to the opening of the mirror support plates of the laser tube 10, i.e. h that these end plates ebenfa ⁿ s made of a material that can be easily removed mechanically or chemically.

Ein großer Vorteil des Verfahrens ist, daß Hohlräume praktisch jeder gewünschten Art ausgeformt werden können, wobei die entsprechenden Formteile 11a und lib mit dem Formmodell 11 und/oder den Abdeckblechen 16 oder den Endplatten 15 oder anderen Metallteilen wie Elektroden und Gas- und Kühlmittelanschlüssen verbunden sind. Diese Metallteile sind vorzugsweise aus einem anderen Metall als das Formmodell, derart, daß sie z. B. bei chemischer Entfernung des Formmodells erhalten bleiben. Jedoch können diese Teile auch aus demselben Metall wie dar Fomimodell gefertigt sein, falls die Wandstärken genügend unterschiedlich gewählt werden. In diesem Fall wird der chemische Prozeß abgebrochen, wenn die zu entfernenden Bestandteile von Formmodell und Formteilen vollständig herausgelöst, die anderen Metallteile jedoch erst teilweise herausgelöst sind. Auch Teile des Formmodells, der Formteile und des oder der Abdeckbleche können so beschaffen sein, daß sie in der fertigen Laserröhre erhalten bleiben. Dies ist insbesondere auch für die Endplatten 15 vorteilhaft, die damit als zuvor fertig bearbeitete Metall-Endplatten 15a in der Laserröhre integriert sind. Auch andere Strukturen wie die erwähnten Paß- und Montageflächen 136 für die Befestigung und Justierung der Laserröhre können auf diese Weise metallisch ausgeführt werden.A great advantage of the method is that cavities can be formed of practically any desired type, the corresponding molded parts 11a and 11b being connected to the mold model 11 and / or the cover plates 16 or the end plates 15 or other metal parts such as electrodes and gas and coolant connections . These metal parts are preferably made of a different metal than the mold model, such that they are e.g. B. retained with chemical removal of the shape model. However, these parts can also be made of the same metal as the shape model, if the wall thicknesses are chosen to be sufficiently different. In this case, the chemical process is terminated when the components to be removed from the mold model and molded parts are completely removed, but the other metal parts are only partially removed. Parts of the mold model, the moldings and the cover plate (s) can also be designed in such a way that they are retained in the finished laser tube. This is particularly advantageous for the end plates 15, which are integrated in the laser tube as metal end plates 15a which have been completely machined beforehand. Other structures, such as the aforementioned fitting and mounting surfaces 136 for fastening and adjusting the laser tube, can also be made of metal in this way.

Auf diese Weise werden Laserkörper 10 geschaffen, die eine in Geradheit und Oberflächengüte optimale Kapillare 12 besitzen und in die sämtliche benötigten metallischen Anschlüsse vakuumdicht integriert sind. Außer der anschließenden mechanischen oder chemischen Entfernung des Formmodells und von Formteilen sind keine weiteren Bearbeitungsvorgänge mehr erforderlich. In this way, laser bodies 10 are created which have an optimal straightness and surface quality Have capillary 12 and in which all the required metallic connections are integrated in a vacuum-tight manner. Except for the subsequent mechanical or chemical removal of the mold model and molded parts no further processing is required.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Verfahren zur Herstellung eines Wellenleiterlaserkörpers, insbesondere COrWeJlenleiterlaserkörpers, mit Laserkapillare und mit radialen Hohlräumen für Gas-, Kühlmittel- und Elektrodenanschlüsse, dadurch gekennzeichnet, daß von der Laserkapillare (12) und den anderen Hohlräumen (13) des zu fertigenden Laserkörpers (10) ein Formmodell (11) hergestellt und darauf dann im Flarnmspritzverfahren Keramikmaterial (14) in gewünschter Stärke aufgetragen und anschließend das Formmodell (11) mechanisch oder chemisch entfernt wird, wobei bestimmte metallische Bestandteile des Formmodells (11), dazugehöriger Formteile {i\a,iib)(iir die radialen Hohlräume (13a)sowie für die Bildung von zur Befestigung des Laserkörpers dienender Strukturen (136/ und dazugehöriger Endplatten (15) zur Bildung von Spiegel- und Abdeckplattenträgern nach Abschluß des Flammspritzverfahrens nicht aus dem gefertigten Laserkörper entfernt werden.1. A method for producing a waveguide laser body, in particular a COrWeJlenleiterlaserkörpers, with a laser capillary and with radial cavities for gas, coolant and electrode connections, characterized in that the laser capillary (12) and the other cavities (13) of the laser body (10) to be manufactured a mold model (11) is produced and ceramic material (14) is then applied in the desired thickness using the flame spraying process and the mold model (11) is then removed mechanically or chemically, with certain metallic components of the mold model (11), associated molded parts {i \ a, iib ) (iir the radial cavities (13a) as well as for the formation of structures (136 / and associated end plates (15) for the formation of mirror and cover plate carriers) serving to fasten the laser body are not removed from the manufactured laser body after the flame spraying process has been completed.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der jeweiligen Spritzrichtung des Flammspritzvorganges dem Formmodell (11) und der beabsichtigten Außenkontur des Laserkörpers (10) entsprechende Abdeckbleche (16) hinter dem Formmodcll (11) angeordnet sind.2. The method according to claim 1, characterized in that in the respective spray direction of the Flame spraying the shape model (11) and the intended outer contour of the laser body (10) corresponding cover plates (16) are arranged behind the Formmodcll (11).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Formteile (11a und 1 IZ^nicht mit dem Formmodell (U), sondern mit den Abdeckblechen (16) oder Endplatten (15) verbunden sind.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that some of the molded parts (11 a and 1 IZ ^ not with the shape model (U), but with the Cover plates (16) or end plates (15) are connected.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Bestandteile des Formmodells (11), der Formteile (11a und lib) und der Abdeckbleche (16) erst im Verlauf des Flammspritzvorganges angeordnet werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that individual components of the mold model (11), the mold parts (11a and lib) and the cover plates (16) are only arranged in the course of the flame spraying process.