皮秒激光焊接玻璃工艺的研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:opentv2007
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玻璃作为一种透明材料,具有一些特有的属性,传统的玻璃焊接技术需要使用粘合剂或者中间夹层,超短脉冲激光能够实现无焊料添加的玻璃焊接效果,这一加工工艺除了具有加工灵活性和非接触加工的优势外,还具有焊缝永久、抗腐蚀高等突出的特点。无焊料添加的焊接玻璃能够保持玻璃的“中性”,在生物医疗、航空航天、电子封装等领域有着广泛的应用前景。  本文首先阐述超短脉冲激光实现无焊料焊接效果的机理,即皮秒、飞秒量级的超短脉冲激光峰值功率较高,当这些脉冲激光作用在透明材质上时,会引起材料对激光的非线性吸收作用,引起材料内部的光致电离、熔融、凝固,实现玻璃的焊接。用50W皮秒激光器对普通的钠钙硅酸盐玻璃进行焊接,采用振镜走线的加工方式,无法解决激光作用点间距过于紧密的问题,而无法实现焊接效果。通过观察分析发现激光作用区呈现出泪滴状结构,即非线性作用,证明皮秒激光能够实现玻璃的无焊料焊接。进而改用振镜走点阵的加工方式,解决了这一问题,实现玻璃的叠焊效果,并达到了一定的焊接强度。通过设置不同的工艺参数,实现玻璃的激光焊接。利用3D显微镜、拉力仪、维氏硬度仪对焊接接头进行微观形貌观测、拉伸剪切强度测试和断口维式硬度测试,得出如下研究结果:  (1)运用50W皮秒激光器对普通的钠钙硅酸盐玻璃进行焊接,选用振镜走点阵的加工工艺解决了线阵加工中激光作用点间距过于紧密的问题,实现了无焊料添加的玻璃叠焊效果。  (2)实现激光焊接的机理是:超短脉冲激光作用在玻璃上引起非线性吸收作用,非线性吸收作用的强弱受激光重频和单脉冲能量以及阂值时间的影响,调节合适的激光参数可实现最佳的焊接效果。  (3)研究结果表明,当加工参数为重频90 kHz、电流100%、点阵间距0.02mm时,承受的最大拉力达到157N,玻璃焊接效果最佳。
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