传统的β光源又称β灯,具有光强稳定、发光时间长、无需外接电源的独特优势,是黑暗环境下小视场照明的优良光源。玻璃管型β灯是目前应用最广泛的自发光光源,玻璃管作为密封壳层,传统采用火焰热熔封接技术来实现玻璃管的封口,但火焰热熔封接存在着诸多不足,如产生瘪头、火焰温度难以控制等问题,严重制约了β光源的工业生产和使用。激光技术的兴起和发展为玻璃管型β光源的制备提供了新的解决方案。本文正是将激光技术应用于β光源玻璃管的制备,选用CO2激光作为热源,通过不同的热熔封接工艺来实现了玻璃管的封口,分析了主要工艺参数对封接效果的影响。本文的主要研究工作和结论如下:一、激光热熔封接玻璃的实验方案设计。简述了激光焊接玻璃的基本原理,分析了激光热熔封接玻璃管的特性,选用CO2激光器作为热源,选择高硼硅酸盐玻璃作为研究对象,制定了三种封接实验方案来探究单一玻璃管的激光封口技术,分别为:端面热熔封接技术、热熔拉丝封接技术以及热熔切割/封接一体化技术。二、端面热熔封接玻璃管的技术研究。选用外径9 mm、壁厚2 mm、长100 mm的玻璃管,将激光辐照在玻璃管端面处,玻璃吸收激光能量转化为热能持续升温至熔融状态,在旋转和重力的共同作用下实现封口。通过对比不同工艺参数下封接形貌以及完成封口的时间,得出:激光功率增大缩短封接时间的同时消除内部残留空隙使得封接形貌更优,但激光功率过大将在玻璃管熔融区域产生大量气泡,严重影响发光效果;随着玻璃管旋转速度增大,封接时间缩短,且熔融区域气泡体积和密度均减小,但当旋转速度增大300 r/min后熔融区域气泡以及封口时间再无变化;靶面光斑直径决定了玻璃管在激光辐照下的熔融体积,故此不能以单一的功率密度来判断封接时间,对于给定的玻璃管尺寸,需选取合适的靶面光斑直径。此工艺技术下封口该尺寸玻璃管的最优工艺参数为:激光功率为120 W、靶面光斑直径4 mm、旋转速度为300 r/min。最后采用红外测温仪对端面热熔封接时玻璃管的温度场进行测量,得出了温度场在时间和空间上的分布,初步得出此工艺方式下玻璃管内部填充物的安全范围。三、热熔拉丝封接玻璃管的技术研究。仍选用外径9 mm、壁厚2 mm、长100 mm的玻璃管,将激光辐照在玻璃管中间位置,玻璃管在激光辐照下达到熔融状态时在电机的夹持和平移下完成拉丝封接。通过对比完成拉丝封口的时间以及封接效果,得出:随着激光功率增大拉丝封口时间缩短,但功率增大导致熔融区域产生大量气泡;靶面光斑直径过小,导致熔融区域体积过少,在扭转拉丝成型过程中没有足够的熔融体积实现玻璃管的封口。此工艺技术下封口该尺寸玻璃管的最优工艺参数为:激光功率为140 W、靶面光斑直径3 mm。最后通过对比端面热熔封接完成封口的时间,得出采用热熔拉丝的工艺方式能够有效的缩短封接时间。四、热熔切割/封接玻璃管一体化技术研究。选用外径1.5 mm、壁厚0.2 mm、长100 mm的毛细玻璃管,将激光辐照在玻璃管中间位置,利用高功率密度的激光束在切割的同时完成封口。通过对比不同工艺参数下的封接形貌以及完成封口的时间,得出:激光功率主要影响切割封口的时间,功率增大完成切割封口的时间缩短;靶面光斑直径决定了封口处的形貌,光斑过大造成封口区域尾端较大,光斑太小导致熔融区域体积较少不足以实现封口;采用焦后加工位置可以在同等工艺参数下得到更优的封口形貌。此工艺技术下封口该尺寸玻璃管的最优工艺参数为:激光功率为120 W、靶面光斑直径0.5 mm,且采用焦后加工位置。综上,本文通过三种激光热熔封接技术实现了不同尺寸玻璃管的封口,且封口形貌完好,为后续β光源的研发打下良好的基础,也为玻璃等脆性材料的连接、密封提供了可靠的解决方案和工程经验。