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

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

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

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

實現玻璃和金屬的成功焊接在制造業(yè)中和實現部件的自由設計領域都是一個非常巨大的進步，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制造環(huán)節(jié)，并且可以直接應用于航空航天、國防軍工、光學技術等領域，甚至是健康衛(wèi)生領域。

玻璃與金屬激光焊接的Graphic Abstract

玻璃與金屬進行激光焊接后，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)相應的同一區(qū)域的利用顏色進行區(qū)分的Al, Si, O　EDS面分析結果 ?！?/p>

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

實現玻璃與金屬的焊接可以說是制造業(yè)和自由設計領域的一個巨大的技術進步。

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

另外一個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，如鋁合金、不銹鋼、鈦合金的時候，金屬的性能也會造成不利的影響。

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)的時間只有幾個皮秒。待焊接的材料（金屬/玻璃）緊密的貼合在一起，然后激光通過光學材料表面進行聚焦，從而形成一個非常小且高度聚焦的光斑在兩個材料之間的界面上，以只有幾個微米的范圍內將兆瓦的峰值功率的能量作用在上面。

這一過程會產生微等離子體，就像一個很小的球被點亮，在材料內部，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用環(huán)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：

脈沖激光焊接的時候會造成充分的化學反應；

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

熔化的二氧化硅會由于 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)這一設備的原型以盡快將其進行商業(yè)化。

另外兩個合作伙伴，玻璃服務技術和工藝創(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(yè)伙伴的資助。

玻璃－金屬激光焊接的實際例子　

玻璃與金屬封接的廣泛應用案例

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網站、Heriot-Watt University