超快脉冲激光器焊接陶瓷而没有炉子

透明陶瓷盖焊接到陶瓷管

焊接到陶瓷管的透明陶瓷盖。信用:Garay Lab / UCSD

超快脉冲激光器在环境条件下保险丝陶瓷,并使用小于50瓦的功率。

环境。这一切都可以通过由UC Riverside和UC San Diego领导的工程师团队开发的新型陶瓷焊接技术来实现。

在8月23日发布的过程中,使用超快脉冲激光器沿界面熔化陶瓷材料并将它们熔化在一起。它适用于环境条件,并使用小于50瓦的激光功率,使其比当前陶瓷焊接方法更实用,需要在炉内加热零件。

陶瓷一直挑战焊接,因为它们需要极高的温度来融化,使它们暴露于导致破解的极端温度梯度,解释为UC圣地亚哥机械工程和材料科学和工程教授的高级作者Javier E. GarayLED与UC Riverside教授和机械工程椅椅子的工作。

Guillermo Aguilar UCR.

Guillermo Aguilar.

陶瓷材料具有很大的兴趣,因为它们是生物相容的,极其坚硬和破碎的抗性,使它们适用于生物医学植入物和用于电子产品的保护壳。然而,目前的陶瓷焊接程序不利于制造这种装置。

“现在,没有办法在陶瓷内进行包装或密封电子元件,因为您必须将整个组件放入炉内,这将最终燃烧电子器件,”Garay说。

该团队的解决方案是沿着两个陶瓷部件之间的界面瞄准一系列短的激光脉冲,因此热量仅在界面处积聚并导致局部熔化。他们称他们的方法“超快脉冲激光焊接”。

为了使其工作,研究人员必须优化两个方面:激光参数(曝光时间,激光脉冲数,脉冲持续时间)以及陶瓷材料的透明度。通过右组合,激光能量强烈地耦合到陶瓷,允许使用低激光功率(小于50瓦)和室温进行焊接。

“超快脉冲的甜点是一个兆赫的高重复率的两种皮秒,以及适度的脉冲总数。Aguilar说,这使得最大限度地提高了熔体直径,最小化的材料消融和定时冷却,以获得最佳焊接。“

“通过将能源聚焦在我们想要的位置,我们避免在整个陶瓷中设置温度梯度,我们可以在不损坏它们的情况下进行温敏感材料,”Garay说。

作为概念证明,研究人员将透明圆柱帽焊接到陶瓷管的内部。测试表明,焊缝足够强以保持真空。

“The vacuum tests we used on our welds are the same tests that are used in industry to validate seals on electronic and optoelectronic devices,” said first author Elias Penilla, who worked on the project as a postdoctoral researcher in Garay’s research group at UC San Diego.

到目前为止,该过程仅用于焊接小于2厘米的小陶瓷部件。未来的计划将涉及优化更大尺度的方法,以及不同类型的材料和几何形状。

本文,“超快激光焊接陶瓷,“发表于科学。共同作者包括A.T.Wieg,P. Sellappan和Y.Kodera,UC San Diego;和L.F.Devia-Cruz,P.Martinez和N.Cuando-Espitia,UC Riverside。DOI:10.1126 / science.aaw6699

这项工作由国防高级研究项目机构提供资金(达尔瓜合同HR0011-16-2-0018),国家科学基金会(NSF-PIRE GRANT合同#1545852)和UC Riverside的研究和经济发展办公室。

是第一个评论在“Ultrafast脉冲激光器焊接陶瓷没有炉子”

发表评论

电子邮件地址是可选的。如果提供的话,您的电子邮件不会发布或共享。