[发明专利]一种采用超窄激光连接透明陶瓷的方法

说明书

本发明属于透明陶瓷连接领域，具体涉及一种采用超窄激光连接透明陶瓷的方法。采用脉冲宽度为10^‑12s至10^‑15s尺度的超短脉冲激光扫描透明陶瓷的待连接处，实现透明陶瓷的连接。本发明利用具有超强光强特性的超窄激光，在透明陶瓷内部会产生非线性吸收，超窄激光与透明陶瓷作用时因多光子吸收的阈值效应和激光光束的高斯特性，使得超窄激光加工的结构尺寸可以突破光学衍射极限，甚至可以实现小于激光波长的纳米尺寸的精密加工，可以实现透明陶瓷三维空间的选择性微焊接。

技术领域

本发明属于透明陶瓷连接领域，具体涉及一种采用超窄激光连接透明陶瓷的方法。

背景技术

透明陶瓷就是能透过光线的陶瓷。透明陶瓷不仅有良好的透明性和光学特性，同时又保持结构陶瓷的高强度、耐腐蚀、耐高温、电绝缘好、热导率高及良好的介电性能，因此在新型照明技术、高温高压及腐蚀环境下的观测窗口、红外探测用窗、导弹用防护整流罩、军事用透明装甲等领域得到愈来愈多的应用，也不断对透明陶瓷的连接提出新的要求。

现有的可以连接透明陶瓷的主要方式有胶粘剂粘接、固态扩散焊以及激光微焊接等。

粘接是使用胶粘剂将两个表面连接起来，虽然胶粘剂可以连接不同材料，但是胶粘剂释放气体、光致漂白导致过早老化，可能导致周围器件受到污染，同时在如航空应用和高功率激光器设计等需要经受巨大的温度变化的情况下，胶粘剂热降解和热膨胀的应力积累会减少胶粘剂的使用寿命。

固态扩散焊是指材料不发生熔化，主要依靠原子之间的扩散实现的连接方式，扩散焊可以焊接不同陶瓷材料而且能实现大面积焊接，但是待焊表面制备要求高且焊接时间较长。

激光微焊接是指使用激光在至少一个维度上实现尺寸小于100mm的焊接技术，作为精密电阻点焊的替代方案，激光微焊接具有连接强度高、精度高、灵活、非接触、热影响区和热畸变极小、工件形状限制少以及单步操作等优点；但是现有的激光微焊接主要采用连续和长脉冲激光，其只能加工对其波长不透明的介质表面并且能量很难被透明材料吸收，同时陶瓷材料质地本身较脆，焊接过程中的热膨胀容易使其破裂，此外热效应也会极大地影响陶瓷的透射率等性能，以至于透明陶瓷的微焊接被广泛认为是一大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用超窄激光连接透明陶瓷的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种采用超窄激光连接透明陶瓷的方法，采用脉冲宽度为10^-12s至10^-15s尺度的超短脉冲激光扫描透明陶瓷的待连接处，实现透明陶瓷的连接。

进一步的，所述超短脉冲激光的能量密度为0.1J/cm²～2J/cm²。

进一步的，当透明陶瓷的待连接处的宽度大于20mm时，采用时域整形光路、多路并行光源；当待连接处的宽度小于20mm时，采用一般光路、单路光源。

进一步的，所述方法具体包括如下步骤：

步骤(1)：对待连接的透明陶瓷进行预处理；

步骤(2)：将处理之后的透明陶瓷固定于可移动的加工平台；

步骤(3)：采用超短脉冲激光扫描连接透明陶瓷；

步骤(4)：连接完成后，待透明陶瓷冷却至室温，取下。

进一步的，所述步骤(1)中的预处理具体包括：

步骤(1-1)：抛光处理：依次用四种不同粗糙度的砂纸打磨待连接部位，再依次用两种不同型号的金刚石抛光剂抛光待连接部位；

步骤(1-2)：超声清洗：在清洗液中超声清洗10-30分钟，使透明陶瓷连接面处实现光学接触。