加州大學聖地亞(ya) 哥分校和加州大學河濱分校的研究團隊開發了一種新型陶瓷焊接技術，發表在8月23日出的“ Science”雜誌上，其采用超快脈衝(chong) 激光沿接口熔化陶瓷材料並將它們(men) 融合在一起。該技術可在環境條件下工作，使用的激光功率小於(yu) 50瓦，比目前常用的在爐內(nei) 加熱零件的陶瓷焊接方法更實用。

陶瓷焊接是一項難度很高的技術，因為(wei) 需要極高的溫度才能將陶瓷熔化，並且當陶瓷處於(yu) 較大溫度梯度條件下還容易導致其開裂。所以盡管陶瓷材料具有非常好的生物相容性、硬度和抗碎裂性，是生物醫學植入物和電子保護殼的理想選擇，但焊接的難度使其製造過程非常困難。

“現在，沒有辦法將電子元件封裝或密封在陶瓷內(nei) 部，因為(wei) 你必須把整個(ge) 組件放在爐子裏，而這將導致電子元件的毀，”研究人員Garay說。

Garay及其同事的解決(jue) 方案是沿著兩(liang) 個(ge) 陶瓷部件之間的界麵瞄準一係列短激光脈衝(chong) ，使熱量僅(jin) 在界麵處積聚並導致局部熔化。他們(men) 稱這種方法為(wei) 超快脈衝(chong) 激光焊接。

為(wei) 了實現這一過程，研究人員必須優(you) 化兩(liang) 個(ge) 參數：激光參數（曝光時間，激光脈衝(chong) 數和脈衝(chong) 持續時間）和陶瓷材料的透明度。通過正確的組合，激光能量與(yu) 陶瓷強烈耦合，允許在室溫下使用低激光功率（小於(yu) 50瓦）進行焊接。

“超快脈衝(chong) 的最佳點是1兆赫的高重複頻率下2皮秒，脈衝(chong) 總數適中。這是綜合了融化直徑最大化、材料溶解最小化以及定時冷卻最優(you) 的多參數平衡的最優(you) 焊接條件。”研究人員阿吉拉爾說。

“通過將能量集中在我們(men) 想要的地方，從(cong) 而避免了在整個(ge) 陶瓷中溫度梯度的產(chan) 生，因此我們(men) 可以在不損壞它們(men) 的情況下實現對溫度敏感材料的封裝，”Garay說。

作為(wei) 概念驗證，研究人員將透明圓柱形蓋焊接到陶瓷管內(nei) 部。測試表明，焊縫強度足以使其保持真空狀態。

“我們(men) 在焊縫上使用的真空測試與(yu) 工業(ye) 中用於(yu) 驗證電子和光電器件密封件的測試相同，”第一作者Elias Penilla說道。

到目前為(wei) 止，該工藝僅(jin) 用於(yu) 焊接尺寸小於(yu) 2厘米的小陶瓷部件。未來的計劃將涉及優(you) 化更大規模的方法，以及不同類型的材料和幾何形狀。