來自英國的科學(xué)家報(bào)道了采用超快脈沖激光來實(shí)現(xiàn)了金屬與玻璃之間焊接的突破性技術(shù)。

據(jù)江蘇激光聯(lián)盟激光紅了解，來自英國的赫瑞-瓦特大學(xué)（Heriot-Watt University）的科學(xué)家，采用超快脈沖激光進(jìn)行了金屬與玻璃的焊接，這一焊接技術(shù)被稱之為一個(gè)巨大的突破。

不同類型的光學(xué)材料，如石英玻璃、硼硅玻璃、甚至是Sapphire玻璃都成功的同諸如鋁、鈦和不銹鋼實(shí)現(xiàn)了焊接，采用的激光器是短脈沖的皮秒紅外激光。

赫瑞-瓦特大學(xué)（Heriot-Watt University）的科學(xué)家Duncan Hand教授，他是激光為基礎(chǔ)的產(chǎn)品制造工藝的革新制造中心的主任

實(shí)現(xiàn)玻璃和金屬的成功焊接在制造業(yè)中和實(shí)現(xiàn)部件的自由設(shè)計(jì)領(lǐng)域都是一個(gè)非常巨大的進(jìn)步，赫瑞-瓦特大學(xué)（Heriot-Watt University）的研究團(tuán)隊(duì)說道，這一新的工藝可以直接用在制造環(huán)節(jié)，并且可以直接應(yīng)用于航空航天、國防軍工、光學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域，甚至是健康衛(wèi)生領(lǐng)域。

玻璃與金屬激光焊接的Graphic Abstract

玻璃與金屬進(jìn)行激光焊接后，單道焊縫橫截面的分析：(a)主要的激光束作用的區(qū)域及其周邊感興趣的區(qū)域的BSE-SEM以及 (b)相應(yīng)的同一區(qū)域的利用顏色進(jìn)行區(qū)分的Al, Si, O　EDS面分析結(jié)果 ?！?/p>

Duncan Hand教授，他是五個(gè)大學(xué)組建的基于激光制造的革新制造中心的負(fù)責(zé)人，該中心位于赫瑞-瓦特大學(xué)（Heriot-Watt University）校園內(nèi)，他評論說，傳統(tǒng)工藝要實(shí)現(xiàn)異種材料，如玻璃和金屬的焊接，會(huì)由于兩者的熱性質(zhì)差異過大而變得非常困難，這是由于焊接時(shí)的高溫和不同的熱膨脹會(huì)造成玻璃的碎裂。

實(shí)現(xiàn)玻璃與金屬的焊接可以說是制造業(yè)和自由設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)巨大的技術(shù)進(jìn)步。

傳統(tǒng)上采用膠粘劑的工藝，這一工藝在服役的時(shí)候往往會(huì)由于有機(jī)化學(xué)膠的逐漸失效，從而逐漸造成封接處出現(xiàn)失效。

另外一個(gè)常用的工藝就是將玻璃和金屬在高溫下進(jìn)行較長時(shí)間的保溫而實(shí)現(xiàn)兩者之間的封接。這一工藝存在的問題是，在高溫長時(shí)間保溫的條件下，會(huì)對玻璃的功能特性造成損傷，且在金屬為抗氧化性能較差的材料時(shí)，如鋁合金、不銹鋼、鈦合金的時(shí)候，金屬的性能也會(huì)造成不利的影響。

傳統(tǒng)的高溫封接工藝（火焰加熱保溫）

目前研發(fā)的這一激光封接工藝，依靠的是令人難以置信的短脈沖激光，這一脈沖持續(xù)的時(shí)間只有幾個(gè)皮秒。待焊接的材料（金屬/玻璃）緊密的貼合在一起，然后激光通過光學(xué)材料表面進(jìn)行聚焦，從而形成一個(gè)非常小且高度聚焦的光斑在兩個(gè)材料之間的界面上，以只有幾個(gè)微米的范圍內(nèi)將兆瓦的峰值功率的能量作用在上面。

這一過程會(huì)產(chǎn)生微等離子體，就像一個(gè)很小的球被點(diǎn)亮，在材料內(nèi)部，包圍著高度被局限的熔化材料。我們在-50°到90°的溫度范圍內(nèi)來測試焊接后的樣品，焊縫沒有任何變化。因此我們知道這一工藝具有魯棒性，可以滿足較苛刻的應(yīng)用環(huán)境。

沿著焊縫的中心進(jìn)行EM－EDS線掃描的分析結(jié)果

該研究工作的主要亮點(diǎn)：

脈沖激光焊接的時(shí)候會(huì)造成充分的化學(xué)反應(yīng)；

穩(wěn)態(tài)的 Al2O3相的形成是由于激光所誘導(dǎo)的高度瞬時(shí)的熱區(qū)域所造成的；

熔化的二氧化硅會(huì)由于 Al形成了納米晶的Si而減少；

同時(shí)同焊縫的形成機(jī)理進(jìn)行了探討?！?/p>

Hand教授及其團(tuán)隊(duì)同哈佛激光公司所領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)聯(lián)盟一起工作，該聯(lián)盟有如激光微加工系統(tǒng)集成商、相干公司Scotland公司、激光專家以及終端用戶Leonardo和 Gooch & Housego一起來開發(fā)這一設(shè)備的原型以盡快將其進(jìn)行商業(yè)化。

另外兩個(gè)合作伙伴，玻璃服務(wù)技術(shù)和工藝創(chuàng)新中心，將提供額外的商業(yè)路線，包括OLED器件的封裝。這一項(xiàng)目獲得了UK的革新項(xiàng)目資助、赫瑞-瓦特大學(xué)（Heriot-Watt University）以及額外的商業(yè)伙伴的資助。

玻璃－金屬激光焊接的實(shí)際例子　

玻璃與金屬封接的廣泛應(yīng)用案例

玻璃與金屬焊接在一起的好處（來源：Schott）

文章來源：Characterisation of weld zone reactions in dissimilar glass-to-aluminium pulsed picosecond laser welds,Materials Characterization,Volume 120, October 2016, Pages 53-62,https://doi.org/10.1016/j.matchar.2016.08.013以及optics網(wǎng)站、Heriot-Watt University