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美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員已經(jīng)使用超快激光成功地將陶瓷焊接在一起，焊接陶瓷通常需要熔池達(dá)到極端溫度。這項(xiàng)新技術(shù)在2019年8月份的《科學(xué)》雜志上發(fā)表，在相應(yīng)的環(huán)境條件下工作，使用的激光功率小于50瓦。它能使陶瓷材料熔化并熔合，同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致開裂，因?yàn)樯婕暗綐O端的溫度變化，所以開裂是陶瓷與熔爐焊接時(shí)經(jīng)常遇到的問題。

陶瓷材料因其具有生物相容性、極高的硬度和抗破碎性，成為生物醫(yī)學(xué)植入物和電子產(chǎn)品保護(hù)外殼的理想材料而受到多個(gè)行業(yè)的極大關(guān)注。然而，目前的陶瓷焊接工藝不利于上述器件的制造。

加州大學(xué)圣地亞哥分校的JavierGaray教授與加州大學(xué)河濱分校的GuillermoAguilar教授合作領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)工作，JavierGaray教授解釋道，“目前還沒有辦法將電子元件封裝或密封在陶瓷內(nèi)部，因?yàn)閭鹘y(tǒng)工藝必須將整個(gè)組裝件放入熔池中，最終導(dǎo)致電子元件燒毀?！?/p>

本項(xiàng)目研究人員使用的技術(shù)是通過超快激光產(chǎn)生一系列超短激光脈沖，使用這些脈沖瞄準(zhǔn)兩個(gè)陶瓷部件之間的界面，使熱量僅在界面處積聚并只讓局部熔化。這種方法被稱為“超快脈沖激光焊接”。

為了讓陶瓷焊接成功，研究人員必須優(yōu)化以下兩個(gè)方面：激光參數(shù)（曝光時(shí)間、激光脈沖數(shù)量和脈沖持續(xù)時(shí)間）和陶瓷材料的透明度。通過正確的組合，激光能量與陶瓷強(qiáng)烈耦合，從而實(shí)現(xiàn)在室溫下使用低激光功率（小于50瓦）進(jìn)行焊接。

“超快脈沖的最佳點(diǎn)是在1兆赫的高重復(fù)頻率下的2皮秒，同時(shí)脈沖總數(shù)適中，”Aguilar表示，“這使熔化直徑最大化，材料燒蝕最小化，定時(shí)冷卻正好達(dá)到最佳焊接效果?！盙aray補(bǔ)充說到：“通過將能量集中在我們想要的地方，可以避免整個(gè)陶瓷中劇烈溫度變化的過程，這樣就可以在不損壞對溫度敏感材料的情況下將其包裹起來?！?/p>

作為證明，研究人員在陶瓷管的內(nèi)部焊接了一個(gè)透明的圓柱形蓋，通過測試確認(rèn)焊接的強(qiáng)度足以保持真空。到目前為止，這項(xiàng)新技術(shù)僅用于焊接尺寸小于2厘米的小型陶瓷零件，但未來他們計(jì)劃研究涉及優(yōu)化更大尺寸、不同類型材料和幾何形狀的方法。