[發明專利]一種透明薄玻璃激光透射焊接的方法

在審

• 申請號: 201710451247.9
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107382044A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 黃舒;楊小樂;盛杰;宋穩紅;周建忠;劉牧熙;趙璇;朱明
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C03B23/203
• 分類號: C03B23/203;C03C17/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及激光透射焊接技術領域，特別涉及一種透明薄玻璃激光透射焊接的方法。

背景技術

玻璃材料具有耐腐蝕性、耐高溫、不導電、抗氧化等優點，目前廣泛使用于電工電子、微機電系統(MEMS)及對結構強度要求較高的航空航天等領域。目前已有多種方法可以實現透明玻璃間的連接，包括膠粘劑粘接、陽極鍵合、固相連接、熔融微焊接等。雖然膠粘劑可以連接不同材料，但是膠粘劑釋放氣體、光致漂白導致過早老化，可能導致周圍器件受到污染；陽極鍵合的不足在于需要兩鍵合材料的熱膨脹系數相近，否則在鍵合的冷卻過程中會因較大的內部應力導致破碎；不同固態連接有各自的優缺點，如擴散焊待焊表面制備要求高且焊接時間較長；熔融焊接過程中有內在的高溫相變，材料內部形成熱影響區而使不同熱膨脹系數的材料焊接容易出現破裂。

激光透射焊接是一種非接觸式焊接方式，具有免于填料，熱變形小，外形美觀，精細度高，速度快等優點，適用于多種場合，特別是微小區域的精密焊接，因此被廣泛應用于航空航天、軍事、汽車制造、電子電氣、半導體、家具制造、通訊器件等領域。在傳統的激光焊接透明玻璃工藝中，采用連續或長脈沖激光，由于需要加入焊料或涂層而存在很大的缺陷，例如專利號為CN105003506A的專利提出了一種透明材料低溫激光微焊結構及其焊接方法，該方法在第一連接件和第二連接件之間設置經激光照射后可凝結的溶膠凝膠作為焊接層，采用激光照射后可以使兩連接件實現焊接，但該方法制備溶膠凝膠的原料成本較高且制備周期較長，同時凝膠中存在大量微孔往往會造成焊接質量的下降。專利號為CN102909474A和CN103011571A的專利申請，其分別提出一種對透明材料進行激光焊接的方法和一種對顯示器面板玻璃進行焊接的方法，這兩種方法將超短脈沖激光和長脈沖激光同步后合并光束通過物鏡聚焦在兩塊待焊接透明材料的分界面上，利用超短脈沖激光使焦點中心產生自由電子吸收長脈沖激光，當自由電子吸收的長脈沖的能量達到待焊接材料熔化閾值，焦點中心附近的材料發生熔化并融合連接在一起實現焊接，但是該方法有如下缺點：(1)無法對待焊接透明玻璃實現焊前預熱及焊后緩冷；(2)不具備溫度及焊縫質量反饋閉環控制，不易實現自動化生產要求；(3)焊接效率較低，且成本較高。專利號為CN103182604A的專利提出了一種激光復合焊接方法與系統，該方法包括發射第一波長的激光用于增加待焊接工件對第二波長激光的吸收率，將第一及第二波長激光合成一束，同時聚焦于工件進行焊接，該方法針對電機磁芯材料及金屬材料并不適用于玻璃等透明材料。紅外線頻率較低導致透明玻璃對于紅外線吸收較差，達不到預熱效果，而鹵素燈加熱效率太低且預熱面積及溫度不易控制。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種透明薄玻璃激光透射焊接的方法，利用所述紫外波長激光束對待焊接透明薄玻璃照射實現焊前預熱及焊后緩冷以降低殘余應力，利用所述紅外波長激光束進行激光焊接，可有效降低工件的殘余應力，限制加工成本且提高焊接效率及焊接質量。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種透明薄玻璃激光透射焊接的方法，包括如下步驟：

S01：將兩塊待焊接的上層玻璃和下層玻璃清洗處理，在下層玻璃上表面鍍鈦薄膜；

S02：將經過S01步驟處理后的上層玻璃與下層玻璃上鍍有鈦薄膜的上表面搭接，并放置于基座上；然后將透光玻璃放置于上層玻璃上，通過對透光玻璃施加均勻的夾緊力，進而對上層玻璃和下層玻璃實現夾緊；

S03：選擇紫外波長激光器和紅外波長激光器，其中紫外波長激光器發射波長為325～400nm的紫外波長激光束，紅外波長激光器發射波長為900～1064nm的紅外波長激光光束，紫外波長激光束和紅外波長激光束經過準直聚焦系統，并經過焊接頭聚焦在上層玻璃與下層玻璃的搭接面；

S04：僅打開紫外波長激光器，將紫外波長激光束聚焦在上層玻璃與下層玻璃的搭接處進行預熱；預熱完成后再打開紅外波長激光器，通過準直聚焦系統將紫外波長激光束和紅外波長激光束同步并束后透過透光玻璃聚焦在上層玻璃與下層玻璃的搭接面；利用紅外波長激光束輔以紫外波長激光束進行焊接，焊接完成后先關閉紅外波長激光器，繼續利用紫外波長激光束對已焊接的搭接處進行焊后緩慢冷卻。

進一步，所述S01步驟具體為：將上層玻璃和下層玻璃用乙醇進行超聲波清洗，清除其表面雜質之后放置于干燥箱內干燥6～24h，使用磁控濺射儀在下層玻璃上表面鍍上一層鈦薄膜，用以增強對激光束的吸收率。

進一步，所述鈦薄膜厚度為200nm～300nm。