超快激光被用於成功焊接玻璃與金屬

超快激光

科學家們利用超快激光系統成功地將光學材料（如石英、硼硅酸鹽玻璃甚至藍寶石）焊接到金屬上，包括鋁、鈦和不鏽鋼。

這一新工藝由蘇格蘭愛丁堡赫瑞瓦特大學開發，可直接應用於航空航天、國防、光學技術和醫療保健領域。

玻璃和金屬等不同材料由於其不同的熱性能而很難焊接在一起，因為高溫和高度不同的熱膨脹會導致玻璃破碎。

雖然目前涉及玻璃和金屬的設備和產品通常使用粘合劑粘合在一起，但這些都很難應用，並且部件可能隨著時間的推移逐漸移動。釋氣也可能是一個問題，因為粘合劑中的有機化學物質逐漸釋放會導致產品的使用壽命縮短。

相比使用粘合劑，赫瑞瓦特（Heriot-Watt）大學的科學家的工藝方案則是使用皮秒激光在材料的螺旋軌道上提供超短脈衝的紅外光，形成將它們融合在一起的焊縫（見下圖）。

超短激光脈衝可用於在玻璃和金屬之間的界面處產生螺旋焊縫（左），使它們能夠熔合在一起（底部中間）。圖片：赫瑞瓦特大學

位於赫瑞瓦特的五所大學EPSRC激光生產工藝創新製造中心（CIM-Laser）主任Duncan Hand教授解釋了這一工藝過程：「待焊接零件緊密接觸，然後激光通過光學材料聚焦，在兩種材料之間的界面處提供非常小且高強度的光斑（我們在幾微米寬的區域內實現了兆瓦峰值功率）。這會在材料內部形成一個像微小的閃電球一樣的微等離子體，周圍環繞著一個高度受限的熔化區域。」

焊接完成後，焊縫在-50℃至90℃的溫度下進行測試並仍保持完好，向科學家們證明了它們足夠堅固以應對極端條件。

「能夠將玻璃和金屬焊接在一起將是製造和設計靈活性的一大進步，」Hand教授評論道。

這裡可以清楚地看到螺旋焊縫在玻璃和金屬之間的界面處。圖片：赫瑞瓦特大學

Hand教授和他的團隊正與包括激光公司Oxford Lasers和Coherent Scotland在內的財團以及終端用戶Leonardo和Gooch＆Housego合作，為新的激光加工系統開發原型並使其更接近商業化。另外兩個合作夥伴Glass Technology Services和CPI提供額外的商業化途徑，其中包括OLED設備的包裝。

該項目由創新英國（Innovate UK）、赫瑞瓦特大學和其他行業合作夥伴提供資金。

來源：激光製造網

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