玻璃對從紫外到紅外的光波長是透光的。只有當能量密度極高時才會吸收光能,如此方可成功加工玻璃。而當超高能光束深入到玻璃底部的焦點位置時,激光可在數(shù)毫秒甚至飛秒內(nèi)在玻璃中產(chǎn)生一個熔池并根據(jù)熔深調(diào)整焦深。同時再實時調(diào)整脈寬和能量密度比例(熱處理的關(guān)鍵),就能預(yù)防玻璃的開裂。這便是激光玻璃焊的技術(shù)原理。而這一原理的關(guān)竅就在于如何用一套系統(tǒng)在極短脈寬內(nèi)產(chǎn)生極強激光,從而深熔玻璃達到熱導(dǎo)焊的效果。
在這一領(lǐng)域,德國通快公司就已率先研發(fā)出一種全新的飛秒激光器:TruMicro 5000 。該激光器為超短脈沖激光器,脈寬僅為8-00-900fs,脈沖能量最高達200μj,最高80W,它可在還擴散熱影響區(qū)域的情況下迅速氣化玻璃材質(zhì),防止玻璃由于熱應(yīng)力不均而產(chǎn)生的變形易碎,是目前玻璃接合工藝的最新選擇。它的優(yōu)勢就在于其采用以飛秒激光器為核心的激光焊接設(shè)備,無需其他易蒸發(fā)或者脆化的添加劑。大大降低了成本的同時還增加了焊縫的耐用性和穩(wěn)定性。相關(guān)研究表明:激光焊接玻璃組件的連接強度主要取決于激光脈沖能量的水平,波長1030納米的紅外光脈沖能量只需要達到9 μJ即可加工玻璃。而這種使用激光焊接接合玻璃的工藝比起傳統(tǒng)的膠合工藝也更易達到同樣的接合質(zhì)量。
這項技術(shù)的成功表明了玻璃接合也可以用激光焊接這種更加經(jīng)濟的加工方式來取代傳統(tǒng)工藝,加工效果毫不亞于傳統(tǒng)工藝。目前,德國通快公司設(shè)在位于施蘭貝格的工廠正在構(gòu)建一個可靠的、用于玻璃焊接并可大型量產(chǎn)的激光焊接系統(tǒng),來生產(chǎn)激光光纖上的保護蓋。這一激光系統(tǒng)還可作為試驗系統(tǒng),向潛在客戶展示這一全新的、可靠的激光方案,現(xiàn)在它已經(jīng)為玻璃加工做好了準備,并能提供巨大的保養(yǎng)優(yōu)勢:全新的玻璃激光焊接系統(tǒng)證明了它的經(jīng)濟性,消除了諸如膠合這類傳統(tǒng)工藝的缺點——光束路徑不再有污染,無需添加長期使用后會揮發(fā)或脆化的粘合劑,這就意味著玻璃保護蓋將更加耐用。通快目前正準備將玻璃激光焊接工藝在自己的產(chǎn)品生產(chǎn)中進一步深入使用。
綜上所述,作為接合玻璃的新工藝,激光焊接正在該領(lǐng)域開辟一個新市場,前景如何,我們拭目以待。
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