[發明專利]一種采用超窄激光連接透明陶瓷的方法

在審

• 申請號: 202010048388.8
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111153709A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 彭勇;鄭仁宗;李曉鵬;王克鴻;周琦;潘壘壘;廖文健
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張玲

本發明屬于透明陶瓷連接領域，具體涉及一種采用超窄激光連接透明陶瓷的方法。采用脈沖寬度為10^?12s至10^?15s尺度的超短脈沖激光掃描透明陶瓷的待連接處，實現透明陶瓷的連接。本發明利用具有超強光強特性的超窄激光，在透明陶瓷內部會產生非線性吸收，超窄激光與透明陶瓷作用時因多光子吸收的閾值效應和激光光束的高斯特性，使得超窄激光加工的結構尺寸可以突破光學衍射極限，甚至可以實現小于激光波長的納米尺寸的精密加工，可以實現透明陶瓷三維空間的選擇性微焊接。

技術領域

本發明屬于透明陶瓷連接領域，具體涉及一種采用超窄激光連接透明陶瓷的方法。

背景技術

透明陶瓷就是能透過光線的陶瓷。透明陶瓷不僅有良好的透明性和光學特性，同時又保持結構陶瓷的高強度、耐腐蝕、耐高溫、電絕緣好、熱導率高及良好的介電性能，因此在新型照明技術、高溫高壓及腐蝕環境下的觀測窗口、紅外探測用窗、導彈用防護整流罩、軍事用透明裝甲等領域得到愈來愈多的應用，也不斷對透明陶瓷的連接提出新的要求。

現有的可以連接透明陶瓷的主要方式有膠粘劑粘接、固態擴散焊以及激光微焊接等。

粘接是使用膠粘劑將兩個表面連接起來，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，同時在如航空應用和高功率激光器設計等需要經受巨大的溫度變化的情況下，膠粘劑熱降解和熱膨脹的應力積累會減少膠粘劑的使用壽命。

固態擴散焊是指材料不發生熔化，主要依靠原子之間的擴散實現的連接方式，擴散焊可以焊接不同陶瓷材料而且能實現大面積焊接，但是待焊表面制備要求高且焊接時間較長。

激光微焊接是指使用激光在至少一個維度上實現尺寸小于100mm的焊接技術，作為精密電阻點焊的替代方案，激光微焊接具有連接強度高、精度高、靈活、非接觸、熱影響區和熱畸變極小、工件形狀限制少以及單步操作等優點；但是現有的激光微焊接主要采用連續和長脈沖激光，其只能加工對其波長不透明的介質表面并且能量很難被透明材料吸收，同時陶瓷材料質地本身較脆，焊接過程中的熱膨脹容易使其破裂，此外熱效應也會極大地影響陶瓷的透射率等性能，以至于透明陶瓷的微焊接被廣泛認為是一大難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用超窄激光連接透明陶瓷的方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種采用超窄激光連接透明陶瓷的方法，采用脈沖寬度為10^-12s至10^-15s尺度的超短脈沖激光掃描透明陶瓷的待連接處，實現透明陶瓷的連接。

進一步的，所述超短脈沖激光的能量密度為0.1J/cm²～2J/cm²。

進一步的，當透明陶瓷的待連接處的寬度大于20mm時，采用時域整形光路、多路并行光源；當待連接處的寬度小于20mm時，采用一般光路、單路光源。

進一步的，所述方法具體包括如下步驟：

步驟(1)：對待連接的透明陶瓷進行預處理；

步驟(2)：將處理之后的透明陶瓷固定于可移動的加工平臺；

步驟(3)：采用超短脈沖激光掃描連接透明陶瓷；

步驟(4)：連接完成后，待透明陶瓷冷卻至室溫，取下。

進一步的，所述步驟(1)中的預處理具體包括：

步驟(1-1)：拋光處理：依次用四種不同粗糙度的砂紙打磨待連接部位，再依次用兩種不同型號的金剛石拋光劑拋光待連接部位；

步驟(1-2)：超聲清洗：在清洗液中超聲清洗10-30分鐘，使透明陶瓷連接面處實現光學接觸。