來自英國的科學家報道了采用超快脈衝(chong) 激光來實現了金屬與(yu) 玻璃之間焊接的突破性技術。

據江蘇激光聯盟激光紅了解，來自英國的赫瑞-瓦特大學（Heriot-Watt University）的科學家，采用超快脈衝(chong) 激光進行了金屬與(yu) 玻璃的焊接，這一焊接技術被稱之為(wei) 一個(ge) 巨大的突破。

不同類型的光學材料，如石英玻璃、硼矽玻璃、甚至是Sapphire玻璃都成功的同諸如鋁、鈦和不鏽鋼實現了焊接，采用的激光器是短脈衝(chong) 的皮秒紅外激光。

赫瑞-瓦特大學（Heriot-Watt University）的科學家Duncan Hand教授，他是激光為(wei) 基礎的產(chan) 品製造工藝的革新製造中心的主任

實現玻璃和金屬的成功焊接在製造業(ye) 中和實現部件的自由設計領域都是一個(ge) 非常巨大的進步，赫瑞-瓦特大學（Heriot-Watt University）的研究團隊說道，這一新的工藝可以直接用在製造環節，並且可以直接應用於(yu) 航空航天、國防軍(jun) 工、光學技術等領域，甚至是健康衛生領域。

玻璃與(yu) 金屬激光焊接的Graphic Abstract

玻璃與(yu) 金屬進行激光焊接後，單道焊縫橫截麵的分析：(a)主要的激光束作用的區域及其周邊感興(xing) 趣的區域的BSE-SEM以及 (b)相應的同一區域的利用顏色進行區分的Al, Si, O　EDS麵分析結果 。　

Duncan Hand教授，他是五個(ge) 大學組建的基於(yu) 激光製造的革新製造中心的負責人，該中心位於(yu) 赫瑞-瓦特大學（Heriot-Watt University）校園內(nei) ，他評論說，傳(chuan) 統工藝要實現異種材料，如玻璃和金屬的焊接，會(hui) 由於(yu) 兩(liang) 者的熱性質差異過大而變得非常困難，這是由於(yu) 焊接時的高溫和不同的熱膨脹會(hui) 造成玻璃的碎裂。

實現玻璃與(yu) 金屬的焊接可以說是製造業(ye) 和自由設計領域的一個(ge) 巨大的技術進步。

傳(chuan) 統上采用膠粘劑的工藝，這一工藝在服役的時候往往會(hui) 由於(yu) 有機化學膠的逐漸失效，從(cong) 而逐漸造成封接處出現失效。

另外一個(ge) 常用的工藝就是將玻璃和金屬在高溫下進行較長時間的保溫而實現兩(liang) 者之間的封接。這一工藝存在的問題是，在高溫長時間保溫的條件下，會(hui) 對玻璃的功能特性造成損傷(shang) ，且在金屬為(wei) 抗氧化性能較差的材料時，如鋁合金、不鏽鋼、鈦合金的時候，金屬的性能也會(hui) 造成不利的影響。

傳(chuan) 統的高溫封接工藝（火焰加熱保溫）

目前研發的這一激光封接工藝，依靠的是令人難以置信的短脈衝(chong) 激光，這一脈衝(chong) 持續的時間隻有幾個(ge) 皮秒。待焊接的材料（金屬/玻璃）緊密的貼合在一起，然後激光通過光學材料表麵進行聚焦，從(cong) 而形成一個(ge) 非常小且高度聚焦的光斑在兩(liang) 個(ge) 材料之間的界麵上，以隻有幾個(ge) 微米的範圍內(nei) 將兆瓦的峰值功率的能量作用在上麵。

這一過程會(hui) 產(chan) 生微等離子體(ti) ，就像一個(ge) 很小的球被點亮，在材料內(nei) 部，包圍著高度被局限的熔化材料。我們(men) 在-50°到90°的溫度範圍內(nei) 來測試焊接後的樣品，焊縫沒有任何變化。因此我們(men) 知道這一工藝具有魯棒性，可以滿足較苛刻的應用環境。

沿著焊縫的中心進行EM－EDS線掃描的分析結果

該研究工作的主要亮點：

脈衝(chong) 激光焊接的時候會(hui) 造成充分的化學反應；

穩態的 Al2O3相的形成是由於(yu) 激光所誘導的高度瞬時的熱區域所造成的；

熔化的二氧化矽會(hui) 由於(yu) Al形成了納米晶的Si而減少；

同時同焊縫的形成機理進行了探討。　

Hand教授及其團隊同哈佛激光公司所領導的一個(ge) 聯盟一起工作，該聯盟有如激光微加工係統集成商、相幹公司Scotland公司、激光專(zhuan) 家以及終端用戶Leonardo和 Gooch & Housego一起來開發這一設備的原型以盡快將其進行商業(ye) 化。

另外兩(liang) 個(ge) 合作夥(huo) 伴，玻璃服務技術和工藝創新中心，將提供額外的商業(ye) 路線，包括OLED器件的封裝。這一項目獲得了UK的革新項目資助、赫瑞-瓦特大學（Heriot-Watt University）以及額外的商業(ye) 夥(huo) 伴的資助。

玻璃－金屬激光焊接的實際例子　

玻璃與(yu) 金屬封接的廣泛應用案例

玻璃與(yu) 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網站、Heriot-Watt University