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超快激光无熔池焊接陶瓷

星之球科技 来源:国际工业激光商情2020-06-20 我要评论(0 )   

美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员已经使用超快激光成功地将陶瓷焊接在一起,焊接陶瓷通常需要熔池达到极端温度。这项新技术在2019年8月份的《科学》杂志上发表,在相...

 

美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员已经使用超快激光成功地将陶瓷焊接在一起,焊接陶瓷通常需要熔池达到极端温度。这项新技术在2019年8月份的《科学》杂志上发表,在相应的环境条件下工作,使用的激光功率小于50瓦。它能使陶瓷材料熔化并熔合,同时不会导致开裂,因为涉及到极端的温度变化,所以开裂是陶瓷与熔炉焊接时经常遇到的问题。

 

陶瓷材料因其具有生物相容性、极高的硬度和抗破碎性,成为生物医学植入物和电子产品保护外壳的理想材料而受到多个行业的极大关注。然而,目前的陶瓷焊接工艺不利于上述器件的制造。

 

加州大学圣地亚哥分校的JavierGaray教授与加州大学河滨分校的GuillermoAguilar教授合作领导了这项工作,JavierGaray教授解释道,“目前还没有办法将电子元件封装或密封在陶瓷内部,因为传统工艺必须将整个组装件放入熔池中,最终导致电子元件烧毁。”

 

本项目研究人员使用的技术是通过超快激光产生一系列超短激光脉冲,使用这些脉冲瞄准两个陶瓷部件之间的界面,使热量仅在界面处积聚并只让局部熔化。这种方法被称为“超快脉冲激光焊接”。

 

为了让陶瓷焊接成功,研究人员必须优化以下两个方面:激光参数(曝光时间、激光脉冲数量和脉冲持续时间)和陶瓷材料的透明度。通过正确的组合,激光能量与陶瓷强烈耦合,从而实现在室温下使用低激光功率(小于50瓦)进行焊接。

 

“超快脉冲的最佳点是在1兆赫的高重复频率下的2皮秒,同时脉冲总数适中,”Aguilar表示,“这使熔化直径最大化,材料烧蚀最小化,定时冷却正好达到最佳焊接效果。”Garay补充说到:“通过将能量集中在我们想要的地方,可以避免整个陶瓷中剧烈温度变化的过程,这样就可以在不损坏对温度敏感材料的情况下将其包裹起来。”

 

作为证明,研究人员在陶瓷管的内部焊接了一个透明的圆柱形盖,通过测试确认焊接的强度足以保持真空。到目前为止,这项新技术仅用于焊接尺寸小于2厘米的小型陶瓷零件,但未来他们计划研究涉及优化更大尺寸、不同类型材料和几何形状的方法。


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激光焊接激光技术

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