玻璃工业与激光焊接技术结合后会产生怎样的火花

在激光行业工作多年，莱塞主要从事激光切割设备和激光焊接设备的应用。现在，大家就来看看玻璃工业与激光焊接技术结合后会产生怎样的火花。

伴随着5G、无线充电、光通信和芯片技术的迅速发展，玻璃材料的电磁信号屏蔽率低、硬度高、质量轻、成本低，它适用于大批量生产的优点，逐渐成为3C电子结构件(如手机玻璃外壳)、半导体器件(晶体元件和面板)、光学元件和照相机模块的主流材料；玻璃钢焊接加工行业将有很好的前景。

不同类型的玻璃、玻璃、单晶硅焊相继实现。莱塞采用专用激光单线/多线扫描方式，实现玻璃的焊接与密封。在微细结构光纤上，采用激光微弧焊成100微米厚的微弧焊，形成了光纤、微结构的标准光纤焊接端盖。Tamaki等利用1558nm波长的激光成功地焊接了不同玻璃、玻璃和硅晶圆，并获得了9.87MPa和3.74MPa的焊接强度。

在激光焊接过程中，熔合区域呈现出水滴状，主要由顶部圆形腔体、中部熔融区和底部小空腔构成。在这些缺陷中，顶底孔洞易产生应力集中，参数控制差，易产生裂纹。另外，由于液滴结构的存在，线距控制不好会造成间歇性不接焊。

实验用的材料是光学玻璃，试样尺寸为25×25×1毫米，试样尺寸为：

(a)清洗玻璃表面。在玻璃表面浸泡5~10分钟，再用蒸馏水冲洗3~5次，最后用热风吹风吹干玻璃表面污渍；

(b)压焊玻璃。把叠层玻璃片放入夹具定位槽内，调整焊接夹具机构向下压玻璃片周边区域，使玻璃片紧实。前研者的实验研究表明，玻璃焊接的粘接间隙应小于100nm(也有认为小于激光波长的四分之一)。

(c)调整焦点至两片玻璃的接合点。激光器从空气中传到玻璃上，会产生折射，焦点会偏移。所以，用贴着的玻璃块找焦点，等距调节垂直玻璃表面振动透镜的高度，用同样的能量框扫描玻璃，将玻璃片取出，观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。连续(b)、(c)步，对焊玻璃薄片进行压合，将焦点调至玻璃界面，调整适当的激光焊接工艺参数(功率、速度、扫描图形等)。焊接玻璃。

而在玻璃界面上，高能激光超过某一阈值后，会引起玻璃材料的多光子电离。离子化的自由电子加速了与其它原子的碰撞，引起了雪崩电离，提高了材料的温度，使玻璃达到熔点。

用专用激光焊接，全焊接面积(4×4mm)，焊接和成形均匀。材料经过焊接，变形小，平直度变化不大。熔接区位于两种材料界面，其厚度较小，且该区域的玻璃没有热损伤。

焊后的玻璃端面切片图表明，在新的激光焊接工艺下，焊接融合区没有水滴状，顶部圆腔和底部线形小腔没有焊接裂纹源缺陷，熔融区没有间歇性线形裂纹缺陷。进行焊接强度测试时，母材破裂，焊点不脱落，焊缝焊接强度高。利用一种特殊的激光光源，调节合适的焊接工艺参数，使玻璃材料被非线性吸收，熔化凝固，使两片透明玻璃形成牢固的焊接区域，并成功地实现了光学玻璃间的直接焊接。两层材料熔合后，光学玻璃焊接融合，未出现明显宏微裂纹，没有水滴，也没有顶部水滴圆腔和底线损区，交界面无线不融合，有效避免了裂纹源。经过强度测试，焊点残留在试样表面，提高了连接强度。