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超快脉冲激光焊接陶瓷无需炉

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环境。这一切都要归功于一项由加州大学河滨分校和加州大学圣地亚哥分校领导的工程师团队开发的新型陶瓷焊接技术。

这一过程发表在8月23日的《科学》杂志上,它使用超快脉冲激光沿着陶瓷材料的界面熔化并将它们熔合在一起。它可以在环境条件下工作,使用不到50瓦的激光功率,这使得它比目前需要在炉中加热零件的陶瓷焊接方法更实用。

陶瓷已经从根本上挑战焊接在一起因为他们需要极高的温度融化,揭露他们极端的温度梯度,导致开裂,哈维尔·e·浏览完资深作者解释说,一个机械工程和材料科学与工程教授在加州大学圣地亚哥分校和加州大学河滨分校教授领导的工作和机械工程Guillermo Aguilar主席。

陶瓷材料由于具有生物相容性、极其坚硬和抗碎性,是生物医学植入物和电子产品保护外壳的理想材料,因此备受关注。然而,目前的陶瓷焊接工艺并不利于制造这种器件。

目前,还没有办法在陶瓷内部封装或密封电子元件,因为你必须将整个组装件放入熔炉中,这样最终会烧毁电子元件。浏览完说。

该团队的解决方案是沿着两个陶瓷部件之间的界面发射一系列短激光脉冲,这样热量只在界面积聚并导致局部熔化。他们把这种方法称为超快脉冲激光焊接。

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、激光脉冲数量和脉冲持续时间)和陶瓷材料的透明度。通过正确的组合,激光能量强烈地与陶瓷结合,允许在室温下使用低激光功率(小于50瓦)焊接。

在1兆赫的高重复率下,超快脉冲的最佳位置是2皮秒,同时脉冲总数适中。这使熔体直径最大化,材料烧蚀最小化,并为最佳焊接定时冷却。阿基拉说。

通过将能量集中在我们想要的地方,我们避免了在陶瓷上设置温度梯度,我们可以在不损坏温度敏感材料的情况下将它们包裹起来,浏览完说。

为了验证这一概念,研究人员在陶瓷管的内部焊接了一个透明的圆柱形帽。试验表明,焊缝的强度足以承受真空。

我们在焊接上使用的真空试验与工业上用于验证电子和光电设备密封的试验是相同的。第一作者伊莱亚斯·佩尼拉说,他是加州大学圣地亚哥分校加里研究小组的博士后研究员,参与了这个项目。

到目前为止,该工艺仅用于焊接小于两厘米的小陶瓷部件。未来的计划将包括为更大的尺度,以及不同类型的材料和几何形状优化方法。

本文研究了陶瓷材料的超快激光焊接。发表在《科学》杂志上。合著者包括加州大学圣地亚哥分校的A. T. Wieg、P. Sellappan和Y. Kodera;还有l.f. Devia-Cruz, P. Martinez和N. Cuando-Espitia。

这项工作由美国国防高级研究计划局(DARPA合同HR0011-16-2-0018)、美国国家科学基金会(NSF-PIRE合同编号1545852)和加州大学河岸分校研究和经济发展办公室资助。