江蘇雷射聯盟導讀：
據悉，來自加利福尼亞大學的研究人員發展了一種新的陶瓷焊接技術，他們採用一個短脈衝的，超快的雷射來熔化待焊接材料之間的界面處的陶瓷而將其焊接在一起。焊接時所產生的熱量僅僅在焊接的界面處積累，因此熔化是局部的。研究人員將其稱之為「超快脈衝雷射焊接。這一研究成果以「Ultrafast laser welding of ceramics」為題發表在期刊《《Science》》上。
雷射焊接 技術是現代製造工程中的一個重要組成部分，但對於焊接陶瓷材料卻依然存在發生脆性而斷裂的問題。Penilla等人發展了採用超快雷射來焊接陶瓷的兩種辦法。一種辦法是調製陶瓷的性質，使得雷射可以穿過陶瓷並在焊接材料的界面處實現焊接。另外一個辦法就是優化待焊接工件之間連接的間隙以實現足夠能量的沉積。這兩種辦法在發揮槓桿作用上均存在一定的缺點，但能量脈衝所製造出來的熔池允許陶瓷實現焊接，而不需要採用傳統的焊接陶瓷時所需要的高溫。
雷射焊接陶瓷的組裝：包括一個透明的圓柱形的蓋焊接到一個陶瓷的管狀材料上
為了使這一技術能夠工作，研究人員不得不優化焊接時的工藝參數（焊接時間，脈衝次數以及脈衝的停留時間）和陶瓷材料的透明程度等。當這兩個方面的工藝參數組合好後就可以得到優化後的結果，雷射能量與陶瓷材料強烈的耦合在一起，使得焊接的接頭可以採用低功率的雷射（小於50W）在室溫的條件下實現焊接。
採用兩種方法利用超快雷射焊接陶瓷
圖解：(A)採用第一種方法來實現陶瓷焊接封裝的示意圖。此時陶瓷組裝（管+帽）經過焊接後成為電子封裝的材料。藍色的箭頭顯示的為旋轉軸。RF和/或光的進入（採用藍色的曲線進行顯示）則可能通過透明的陶瓷帽。(B) 一個電子有效載荷樣品（集成電路）安放在陶瓷管的內部， (C) 採用焊接方法1成功的焊接後的照片，背景的黑色（音高（pitch）=3.5 mm）可以通過透明的陶瓷帽清晰的觀察到。(D)採用辦法2焊接時樣品的形態。(E) 採用焊接辦法2成功焊接後的照片以及進行YSZ組裝的結果
Guillermo Aguilar教授說到，超快脈衝雷射的「甜蜜的點」大約為兩個皮秒，在一個兆赫的高重複頻率。沿著中性的總數量的脈衝，這使得熔化的光斑直徑最大化，最小化材料的飛濺和為了實現最好的焊接質量所需要的足夠的冷卻時間。
YSZ的光學性質的定製
▲圖解：(A)擴散陶瓷的示意圖，將會導致光散射的顯著增加. (B) YSZ陶瓷的擴散. (C) 高吸收率和低散射率的陶瓷.(D) 高吸收率的YSZ陶瓷的照片. (E) 低吸收率和低散射率的陶瓷的示意圖.(F) 低吸收率和低散射率的ＹＳＺ的照片. (G)不同熱處理條件下（空氣中不同的退火時間）YSZ樣品的線性穿透率的結果. (H) 不同退火時間的條件下測量的YSZ的非線性穿透效果（Z掃描）
通過精確的聚焦雷射的能量，研究人員可以防止通過陶瓷時的溫度梯度沿著陶瓷聚集，Javier E. Garay 教授說到，這就使得研究人員可以非常容易的實現溫度敏感材料的焊接而不會破壞它。
本實驗中雷射裝置用於測試和測量透明陶瓷材料
作為這兩個焊接方法的證明，研究人員將一個透明的圓柱形的蓋帽焊接在一個陶瓷管的裡面。實驗測試結果表明焊接的強度非常高，比在真空中焊接的效果還要好。
脈衝雷射-材料的相互作用
我們的焊接樣品的真空測試同工業生產中來評估電子產品和光電器件的封裝效果時所採用的手段是一模一樣的， Elias Penilla說到。研究人員說，直到今天，我們還不曾實現將電子材料封裝在陶瓷內部，這是因為整個組裝將需要放置在爐子中進行，這樣將會損傷電子器件的性能。
雷射穿過透明陶瓷（左圖）Vs傳統的黑體陶瓷（右圖）的實物照片圖
超快脈衝雷射焊接工藝曾經只能用於焊接小的陶瓷部件，其尺寸不超過2mm。在不久的將來，研究團隊 打算優化這一焊接技術並將其應用於大規模焊接的場合，以及用於焊接不同類型的材料和形狀的部件。這一新的焊接技術將會最終使得陶瓷組合的部件可以方便的用於苛刻的環境中，以及在光電器件或電子封裝的場合，需要可見光波穿透的場合等。
雷射焊接YSZ陶瓷組合件
▲圖解：(A) 雷射焊接成套裝置的示意圖，超快雷射能量聚焦在焊接的界面處，待焊接的組裝件旋轉，從而在焊接後形成一圈焊縫. CCD（電荷耦合器件，charge-coupled device），MAG，放大器（Magnification）,PD,光電二極體（Photodiode） (B—D) 在一個較低的角旋轉速度（C）下焊接所得到的光學照片，高的角旋轉速度所得到的照片（D）(E) 採用方法1進行雷射焊接後進行真空漏氣的測試示意圖 . (F) 真空壓力和時間之間的測試結果（洩露速率測量結果）. (G)雷射焊接部件進行洩露測試的成套裝置示意圖 . (H) 採用焊接方法2且在不同參數作用下得到的樣品進行剪切實驗的結果，點代表的為單個的測試點的結果，線則代表實驗的平均結果。