光学和光子学

室温下首次无​​裂纹陶瓷焊接

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-04 18:13

无裂纹:陶瓷焊接系统有效。 低功率脉冲激光首次用于在室温环境下将陶瓷材料焊接在一起。加利福尼亚大学圣地亚哥分校的哈维尔加雷(Javier Garay)及其同事展示了该技术,它可以为电子和光电设备带来各种新的应用。 焊接是现代制造业的关键要素,但是由于陶瓷材料的熔化温度极高,因此很难做到这一

  

室温下首次无​​裂纹陶瓷焊接

 

  无裂纹:陶瓷焊接系统有效。

  低功率脉冲激光首次用于在室温环境下将陶瓷材料焊接在一起。加利福尼亚大学圣地亚哥分校的哈维尔·加雷(Javier Garay)及其同事展示了该技术,它可以为电子和光电设备带来各种新的应用。

  焊接是现代制造业的关键要素,但是由于陶瓷材料的熔化温度极高,因此很难做到这一点。尽管陶瓷可以通过激光熔化,但这些材料往往是不良的热导体,因此会导致较大的温度梯度和破裂。可以通过将组件放入炉中并将其加热到高温来避免这些梯度,但这意味着不能使用焊接将热敏物体(例如电子设备)封装在陶瓷容器中-这可能非常有用。

  Garay及其同事认为,将超短激光脉冲直接对准陶瓷材料之间的界面可以避免在室温下产生裂纹。通过在短时间内将热量集中在这些界面上,他们发现可以使单个分子吸收多个光子,从而防止热量扩散到其他区域。

  短而尖的脉冲

  该团队确定了优化该技术所需的两组参数。首先,激光器的脉冲持续时间必须限制为2 ps;脉冲重复频率为1 MHz;并且应该使用相对较少的脉冲数。其次,陶瓷应具有光吸收和散射的最佳平衡。这些参数实现了激光与材料之间的有效耦合,这意味着激光器可以在室温下仅以50 W的功率运行。它还可以最大化吸收两个光子,从而确保热量高度集中在焊缝本身。

  然后,Garay的团队通过将电子有效载荷完全封闭在陶瓷管内并两端透明陶瓷圆圈将其盖住,证明了他们的概念。如果以前的技术冒着因过热而损坏此类设备的风险,那么高度局部的焊缝一旦装好,会使有效负载完全运转。研究人员还使用了相同的部件来容纳高真空度,以防止泄漏达到工业标准。

  尽管研究人员可以用2厘米左右的简单陶瓷件实现焊接,但他们希望在以后的研究中优化其技术,以与具有更复杂几何形状的大规模材料配合使用。这可能会带来带有外壳的电子产品,使其具有高度防碎性,并能够在太空和其他恶劣环境中运行。它还可以允许将光电设备用于生物医学植入物。

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