玻璃工業與激光焊接技術結合后會產生怎樣的火花

在激光行業工作多年，萊塞主要從事激光切割設備和激光焊接設備的應用。現在，大家就來看看玻璃工業與激光焊接技術結合后會產生怎樣的火花。

伴隨著5G、無線充電、光通信和芯片技術的迅速發展，玻璃材料的電磁信號屏蔽率低、硬度高、質量輕、成本低，它適用于大批量生產的優點，逐漸成為3C電子結構件(如手機玻璃外殼)、半導體器件(晶體元件和面板)、光學元件和照相機模塊的主流材料；玻璃鋼焊接加工行業將有很好的前景。

不同類型的玻璃、玻璃、單晶硅焊相繼實現。萊塞采用專用激光單線/多線掃描方式，實現玻璃的焊接與密封。在微細結構光纖上，采用激光微弧焊成100微米厚的微弧焊，形成了光纖、微結構的標準光纖焊接端蓋。Tamaki等利用1558nm波長的激光成功地焊接了不同玻璃、玻璃和硅晶圓，并獲得了9.87MPa和3.74MPa的焊接強度。

在激光焊接過程中，熔合區域呈現出水滴狀，主要由頂部圓形腔體、中部熔融區和底部小空腔構成。在這些缺陷中，頂底孔洞易產生應力集中，參數控制差，易產生裂紋。另外，由于液滴結構的存在，線距控制不好會造成間歇性不接焊。

實驗用的材料是光學玻璃，試樣尺寸為25×25×1毫米，試樣尺寸為：

(a)清洗玻璃表面。在玻璃表面浸泡5~10分鐘，再用蒸餾水沖洗3~5次，最后用熱風吹風吹干玻璃表面污漬；

(b)壓焊玻璃。把疊層玻璃片放入夾具定位槽內，調整焊接夾具機構向下壓玻璃片周邊區域，使玻璃片緊實。前研者的實驗研究表明，玻璃焊接的粘接間隙應小于100nm(也有認為小于激光波長的四分之一)。

(c)調整焦點至兩片玻璃的接合點。激光器從空氣中傳到玻璃上，會產生折射，焦點會偏移。所以，用貼著的玻璃塊找焦點，等距調節垂直玻璃表面振動透鏡的高度，用同樣的能量框掃描玻璃，將玻璃片取出，觀察玻璃吸收激光界面的位置，也就是聚焦位置。

(d)激光玻璃焊接。連續(b)、(c)步，對焊玻璃薄片進行壓合，將焦點調至玻璃界面，調整適當的激光焊接工藝參數(功率、速度、掃描圖形等)。焊接玻璃。

而在玻璃界面上，高能激光超過某一閾值后，會引起玻璃材料的多光子電離。離子化的自由電子加速了與其它原子的碰撞，引起了雪崩電離，提高了材料的溫度，使玻璃達到熔點。

用專用激光焊接，全焊接面積(4×4mm)，焊接和成形均勻。材料經過焊接，變形小，平直度變化不大。熔接區位于兩種材料界面，其厚度較小，且該區域的玻璃沒有熱損傷。

焊后的玻璃端面切片圖表明，在新的激光焊接工藝下，焊接融合區沒有水滴狀，頂部圓腔和底部線形小腔沒有焊接裂紋源缺陷，熔融區沒有間歇性線形裂紋缺陷。進行焊接強度測試時，母材破裂，焊點不脫落，焊縫焊接強度高。利用一種特殊的激光光源，調節合適的焊接工藝參數，使玻璃材料被非線性吸收，熔化凝固，使兩片透明玻璃形成牢固的焊接區域，并成功地實現了光學玻璃間的直接焊接。兩層材料熔合后，光學玻璃焊接融合，未出現明顯宏微裂紋，沒有水滴，也沒有頂部水滴圓腔和底線損區，交界面無線不融合，有效避免了裂紋源。經過強度測試，焊點殘留在試樣表面，提高了連接強度。