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激光焊接玻璃最新进展及前景分析

2014-10-09 14:48
老猫
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  如今,熔焊被视为玻璃焊接应用中最有前途的技术之一。该技术无需任何过渡层便可以获得生态性和成本效率方面的优势,并且通过激光生产步骤便可实现全程的非接触。超短脉冲激光器具有高精度和无热影响的优点,它对周边区域产生的损害非常轻微,这让其非常适合用于上述生产过程,并且具有完美的性能。正因如此,激光为许多行业创造了新的机会,包括快速增长的生物医学领域和要求较高的航空航天业。

  如今工业领域,一个关键的环节是将两块材料熔化并融合在一起以连接成一块材料,这在许多领域都有应用。例如,据估计,一辆汽车的零部件的安全性取决于3000多个焊缝的可靠性。焊接金属是一个比较简单的过程,这是由于金属具有变形而不会断裂的能力。直到最近,焊接玻璃一直都被科学家和工业领域的制造商们视为更大的挑战,这是因为玻璃具有的特定性能,例如这种光学透明材料在温度变化时非常容易开裂或破损。

  日本大阪大学(University of Osaka)的名誉教授Isamu Miyamoto是探索激光焊接玻璃过程的物理细节的先驱。他与芬兰科学家一起研究使用超快激光器进行玻璃焊接这一过程是如何提高生产效率并增加最终产品(图1)的耐久性。芬兰的顶尖激光技术专家Jarno Kangastupa说:“如今的激光微焊接技术产生的热影响区(HAZ)极小,因而没有损坏敏感或有机部件的风险。这扩展了封装易碎元件的应用潜力,不管它是在玻璃下方还是在玻璃内部。这在过去几年一直都是制造商面临的一个挑战。”Kangastupa与Miyamoto 在进行科学方面的合作。

  机遇满满

  据Kangastupa所说,利用超短激光脉冲进行玻璃焊接具有很多优势,因为这意味着整个过程中在基材上不需要额外的层或是胶粘剂,这与常用的共晶键合或黏着性键合的方法不同。而且,它需要的能量远远少于其它传统的玻璃焊接技术,例如阳极键合(也被称为场致扩散连接)或静电键合(在焊接过程中利用了电场)。

  Kangastupa表示,封装是微机电系统(MEMS)设计的一个关键要素,封装内的环境对MEMS器件应用的效能至关重要,对MEMS传感器来说尤其如此,它生产的玻璃封装的电子芯片应用于感测旋转、加速和压力这些关键安全因素的各种应用中,包括汽车、火车和其他运输行业。快速增长的生物医学领域开发的很多应用也是同样的情况。

  激光焊接解决方案(图2)的一个关键优势是,它能更安全地封装敏感材料, 在整个过程中不会像其它现有的焊接技术那样受到高温或化学物质的影响。

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