超快激光被用于成功焊接玻璃与金属

来源:激光制造网    关键词:超快激光, 焊接, 玻璃,    发布时间:2019-05-05

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科学家们利用超快激光系统成功地将光学材料(如石英、硼硅酸盐玻璃甚至蓝宝石)焊接到金属上,包括铝、钛和不锈钢。


这一新工艺由苏格兰爱丁堡赫瑞瓦特大学开发,可直接应用于航空航天、国防、光学技术和医疗保健领域。


玻璃和金属等不同材料由于其不同的热性能而很难焊接在一起,因为高温和高度不同的热膨胀会导致玻璃破碎。


虽然目前涉及玻璃和金属的设备和产品通常使用粘合剂粘合在一起,但这些都很难应用,并且部件可能随着时间的推移逐渐移动。释气也可能是一个问题,因为粘合剂中的有机化学物质逐渐释放会导致产品的使用寿命缩短。


相比使用粘合剂,赫瑞瓦特(Heriot-Watt)大学的科学家的工艺方案则是使用皮秒激光在材料的螺旋轨道上提供超短脉冲的红外光,形成将它们融合在一起的焊缝(见下图)。

  

超短激光脉冲可用于在玻璃和金属之间的界面处产生螺旋焊缝(左),使它们能够熔合在一起(底部中间)。图片:赫瑞瓦特大学


位于赫瑞瓦特的五所大学EPSRC激光生产工艺创新制造中心(CIM-Laser)主任Duncan Hand教授解释了这一工艺过程:“待焊接零件紧密接触,然后激光通过光学材料聚焦,在两种材料之间的界面处提供非常小且高强度的光斑(我们在几微米宽的区域内实现了兆瓦峰值功率)。这会在材料内部形成一个像微小的闪电球一样的微等离子体,周围环绕着一个高度受限的熔化区域。”


焊接完成后,焊缝在-50℃至90℃的温度下进行测试并仍保持完好,向科学家们证明了它们足够坚固以应对极端条件。


“能够将玻璃和金属焊接在一起将是制造和设计灵活性的一大进步,”Hand教授评论道。

  

这里可以清楚地看到螺旋焊缝在玻璃和金属之间的界面处。图片:赫瑞瓦特大学


Hand教授和他的团队正与包括激光公司Oxford Lasers和Coherent Scotland在内的财团以及终端用户Leonardo和Gooch&Housego合作,为新的激光加工系统开发原型并使其更接近商业化。另外两个合作伙伴Glass Technology Services和CPI提供额外的商业化途径,其中包括OLED设备的包装。


该项目由创新英国(Innovate UK)、赫瑞瓦特大学和其他行业合作伙伴提供资金。