[發明專利]一種對透明材料進行焊接的方法

有效

• 申請號: 201210410704.7
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102909474A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 賈威;于儉;劉博文;胡明烈;柴路;王清月
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23K26/20
• 分類號: B23K26/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發明涉及對材料的焊接，特別涉及一種對透明材料進行焊接的方法。

背景技術

透明材料在光學、電子器件、生物醫藥和微光電子機械系統（MOEMS）領域有著廣泛應用。但是，透明材料的連接問題一直沒有得到很好的解決，現在主要是利用化學黏接劑或中間層，這樣的連接，不能保證良好的機械性能，以及良好的熱穩定性和化學穩定性。

最近人們提出了超短脈沖激光焊接方法。超短脈沖激光峰值功率極高，可以實現多光子吸收（電離），即激光束可以透過材料表面，在激光焦點處的能流密度可以達到或超過多光子吸收（電離）閾值，材料發生熔化，如果激光聚焦在兩塊透明材料分界面上，隨激光焦點的移動，材料發生再凝固，實現激光焊接。但是，超短脈沖激光成本高、功率較小，焊接效率受到限制，成為實際應用的瓶頸。

長脈沖激光技術已經成熟應用于工業生產，但是，峰值功率較低，在透明材料內部聚焦后，不足以實現多光子吸收（電離），只能利用透明材料內的金屬雜質吸收長脈沖激光，而金屬雜質分布無法得到有效控制，因此長脈沖激光在不填加吸收層的情況下，不能進行有效的材料內部處理，只能進行材料表面處理。

發明內容

本發明提供了一種對透明材料進行焊接的方法，降低了成本，提高了焊接效率，詳見下文描述：

一種對透明材料進行焊接的方法，所述方法包括以下步驟：

（1）選擇兩種能透過待焊接透明材料的激光，一種是超短脈沖激光，另一種是長脈沖激光，兩束激光的功率相匹配，調節兩束激光同步后并束；

（2）將兩塊待焊接透明材料疊放在一起，其中，兩塊待焊接透明材料相同或不同；

（3）調節激光光路，使得激光通過物鏡聚焦在兩塊待焊接透明材料的分界面上；

（4）當超短脈沖激光能量（或功率）大于等于多光子吸收閾值光強時，（兩束脈沖激光的）焦點中心附近發生多光子吸收（電離），產生自由電子，即種子電子，種子電子吸收長脈沖激光；

（5）當種子電子吸收的長脈沖激光的能量達到熔化閾值時，焦點中心附近的材料發生熔化并融合，隨著激光焦點的移動，熔化的材料降溫，凝固，連接在一起，實現連接或焊接。

兩塊待焊接透明材料之間不使用吸收層，透明材料包括：玻璃、晶體或聚合物，兩種激光透過率均大于50%。

本發明提供的技術方案的有益效果是：利用超短脈沖激光在透明材料內部產生多光子吸收（電離），提供種子電子，利用種子電子就可以吸收長脈沖激光，當達到熔化閾值時，實現碰撞電離，便可以實現焊接。本方法降低了只使用超短脈沖激光的成本，并提高了焊接效率，實現了對材料內部的焊接。

附圖說明

圖1為激光光強分布曲線圖；

圖2為本發明采用裝置的示意圖；

圖3為本發明提供的一種對透明材料進行焊接的方法的流程圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1：多光子吸收閾值光強；????2：光斑直徑；

3：激光光強分布曲線；??????4：飛秒激光光束；

5：物鏡；??????????????????6：第一片透明材料；

7：第二片透明材料；????????8：焊接區。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

為了降低成本，提高焊接效率，本發明實施例提供了一種對透明材料進行焊接的方法，參見圖1、圖2和圖3，該方法包括以下步驟：

101：選擇兩種能透過待焊接透明材料的激光，一種是超短脈沖激光，另一種是長脈沖激光，兩束激光的功率相匹配，調節兩束激光同步后并束；

具體實現時，根據實際應用中的材料需要確定兩種激光的功率，超短脈沖激光通常選取脈沖寬度為飛秒或皮秒數量級；長脈沖激光通常選取納秒、微秒、毫秒或連續激光中的任意一種，本發明實施例對此不做限制。

其中，透明材料包括：玻璃、晶體和聚合物，對兩種激光具有較高的透過率，通過率通常大于50%。

其中，對兩種脈沖激光進行調節使得激光脈沖同步，以及并束的步驟為本領域技術人員所公知，本發明實施例在此不做贅述。

102：將兩塊待焊接透明材料6和7疊放在一起，其中，兩塊待焊接透明材料6和7相同或不同；

103：調節激光光路，使得激光通過物鏡5聚焦在兩塊待焊接透明材料的分界面上；