非光学接触状态下玻璃和可伐合金异种材料的飞秒激光微连接

摘要

飞秒激光由于能有效避免热扩散、热损伤以及防止热应力产生裂纹和溅射物等优点而广泛应用于微纳米尺度材料连接领域。但目前使用飞秒激光焊接异种材料时,两种材料之间一般需达到光学接触。为了达到上述要求,通常认为材料表面抛光和压力辅助是必要的。本文使用飞秒激光直接焊接钠钙玻璃和可伐合金,克服了光学接触的限制。通过改变激光功率、焊接速度和焊接次数来优化焊接工艺参数。接头的剪切连接强度可到达2 MPa。利用基恩士显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)分析了玻璃-可伐合金接头的截面、元素扩散行为和接头的断裂行为。结果表明,飞秒激光辐照金属材料表面后,会在表面产生微纳米级微小颗粒,这种微小颗粒可被认为是焊接过程中的粘合剂。焊接区硅和氧元素有明显的变化,玻璃表面的元素Si进入可伐合金表面,部分取代了可伐合金表面的Fe^(2+),表明在激光照射过程中发生了物质的混合和相互扩散。同时也对飞秒激光焊接玻璃和可伐合金的过程中等离子体逃逸区的形成机制进行了分析。最后,对焊后样品进行了密封性测试,发现其具有良好的耐水性和密封性。为了证明这种方法可以应用于其他材料,玻璃-铜,玻璃-Al6063,蓝宝石-陶瓷也被焊接到一起。这项工作有望简化飞秒激光微焊接工艺,并促进其在工业上的应用。