【摘要】：在光電子、航空航天等高新技術(shù)領(lǐng)域,脆性材料如玻璃、硅、藍(lán)寶石等因獨(dú)特而優(yōu)良的光、電、聲、熱、化學(xué)性質(zhì)得到廣泛應(yīng)用,常作為封裝材料與同性或異性材料連接,提供可靠的密封性的同時(shí)不影響器件功能�，F(xiàn)有的脆性材料連接方法普遍存在穩(wěn)定性不好、需額外添加材料或?qū)Υ附硬牧媳砻尜|(zhì)量要求苛刻、膨脹系數(shù)必須接近等不足,亟需新的高效精密連接加工手段�；诖吮疚膶�(duì)超快激光微焊接的機(jī)理以及技術(shù)進(jìn)行了研究。在機(jī)理上,總結(jié)了透明脆性材料對(duì)超快激光非線性吸收、光能轉(zhuǎn)化為材料熱能的整個(gè)過(guò)程,表明在微焊接領(lǐng)域皮秒激光與飛秒等脈寬更短的激光相比存在非線性吸收率以及熱作用上的優(yōu)勢(shì)。敘述了超快激光對(duì)透明脆性材料微焊接機(jī)理,指出需通過(guò)可逆膨脹與不可逆膨脹填充材料間隙,同時(shí)避免熱應(yīng)力在焊縫橫向及縱向上造成缺陷。在技術(shù)上,提出了一種透明脆性材料的皮秒激光振鏡掃描微焊接方法。特點(diǎn)在于使用掃描振鏡多次掃描高速焊接,提升了加工效率;同時(shí)由于所使用的平場(chǎng)掃描聚焦鏡聚焦光束瑞利長(zhǎng)度大,放寬了焦點(diǎn)定位精度與材料表面粗糙度要求,擴(kuò)展可焊接材料間隙至3μm使這一技術(shù)易于實(shí)用。對(duì)本方法與現(xiàn)有超快激光焊接方法相比所特有的干涉、多次加工機(jī)理作出解釋。對(duì)物理性質(zhì)差異較大的石英玻璃和鈉鈣玻璃實(shí)驗(yàn)分析脈沖重復(fù)頻率、脈沖能量、離焦量、加工次數(shù)以及搭接率對(duì)焊縫剪切強(qiáng)度的影響,正交實(shí)驗(yàn)得到較好的焊接參數(shù),分析各因素對(duì)焊縫剪切強(qiáng)度影響顯著性;做加工速度、脈沖能量完全實(shí)驗(yàn)檢測(cè)焊縫密封性,得到密封性良好的能量-速度范圍。為進(jìn)一步改善現(xiàn)有皮秒激光焊接方式,在現(xiàn)有皮秒加工系統(tǒng)基礎(chǔ)上加入了連續(xù)激光系統(tǒng)。在驗(yàn)證了雙光束20μm大間距焊接的可行性后,對(duì)復(fù)合光束加工機(jī)理作出初步分析并測(cè)定復(fù)合光束焊接焊縫剪切強(qiáng)度及密封性,發(fā)現(xiàn)一定程度上優(yōu)于皮秒激光焊接效果,可使焊縫剪切強(qiáng)度達(dá)到20MPa以上的同時(shí)保持優(yōu)異的密封性。
【圖文】：

圖 1-1 不同焦點(diǎn)位置與間隙寬度下焊接效果圖[14]這些研究，可以看到經(jīng)過(guò)十?dāng)?shù)年的研究在實(shí)驗(yàn)室條件下已能做料的焊縫。然而，現(xiàn)階段超快激光脆性材料微焊接技術(shù)仍表現(xiàn)了這一技術(shù)的實(shí)際工程化廣泛應(yīng)用。雖然超快激光由于其焦點(diǎn)處高峰值功率密度能完成瞬時(shí)焊接，值孔徑顯微物鏡聚焦，焦點(diǎn)空間范圍小，對(duì)焦點(diǎn)位置精度要求固定光束位置，，由精密二維工作臺(tái)帶著待焊接材料移動(dòng)進(jìn)行焊速度較慢，從硬件層面限制了加工速度。超快激光焊接通常要求待焊接表面達(dá)到光學(xué)接觸，即間距小于0nm）、肉眼觀察無(wú)干涉條紋存在。由于熔化材料量少，間隙過(guò)出造成表面燒蝕或破裂，目前國(guó)外專(zhuān)門(mén)對(duì)此的實(shí)驗(yàn)研究也要求 之內(nèi)才能有效焊接；且焊接的材料限定于本身強(qiáng)度高、導(dǎo)熱率

中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論滴狀結(jié)構(gòu)底部端點(diǎn)與激光焦點(diǎn)重合，外部結(jié)構(gòu)在能成水滴狀焊縫形貌結(jié)構(gòu)的原因是由于玻璃材料非線成的等離子體所導(dǎo)致縱向能量的不均勻吸收而造成率密度光場(chǎng)作用引發(fā)光致電離，產(chǎn)生的等離子體達(dá)與反射打破了激光的縱向?qū)ΨQ(chēng)性，使得光強(qiáng)沿入射材料光致電離形成等離子體，造成入射激光能量分焦量過(guò)大，光斑擴(kuò)散導(dǎo)致光功率密度無(wú)法支持等離子擴(kuò)散縱向不均勻的等離子體吸收光能并燒蝕周?chē)慕Y(jié)構(gòu)。此外，光束的聚焦到介質(zhì)時(shí)球差引起光束縱也被證明影響了水滴狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生[29]。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG456.7

【參考文獻(xiàn)】

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1 程戰(zhàn);郭偉;劉磊;鄒貴生;周運(yùn)鴻;;石英玻璃與硅的飛秒激光微連接及其接頭性能研究[J];中國(guó)激光;2015年09期

本文編號(hào)：2618763