陶瓷實現了“激光熔接”，真正的陶瓷手機還遠嗎_風聞

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編譯／雷鑫宇  審稿／阿淼  責編／唐林芳

研究人員開發了可用於陶瓷材料的超快脈衝激光熔接技術，使陶瓷基電子材料的封裝具備可行性。

陶瓷材料具有良好的性能，但其“熔接加工”的難度很大。

不會產生劃痕或摔碎的智能手機？不含金屬的心臟起搏器？可以在太空和其他惡劣環境中穩定工作的電子器件？這些理想中的設備有可能成為現實。

sciencedaily.com網站近日報道，美國加州大學聖地亞哥分校（簡稱UCSD）和加州大學河濱分校（簡稱UCR）的工程師們在《科學》雜誌發佈了一種新型陶瓷熔接技術。

新技術比熔爐加熱的陶瓷熔接技術更具實用性。

該技術利用超快脈衝激光沿界面熔化陶瓷材料，並將其熔合在一起。該技術適應室温條件，使用的激光功率約50瓦。新技術比熔爐加熱的陶瓷熔接技術更具實用性。

UCSD機械工程和材料科學與工程教授、論文作者Javier E. Garay解釋説：“陶瓷材料對熔接技術的根本挑戰在於它需要極高的融化温度和較小的温度梯度。”

陶瓷材料具有良好的生物相容性、極高的硬度和抗碎裂性，是製造醫用植入材料和電子產品保護套的理想材料。然而，目前的陶瓷熔接工藝並不適用於此類器件的製造。

超快脈衝激光一直是科學界研究的課題。

Garay説：“工程師們無法將電子元件封裝在陶瓷內部——整個設備在放入熔爐後，電子元件就被燒燬了。”Garay等的解決方案是用短激光脈衝沿着兩個陶瓷部件的界面進行處理，這樣熱量就只會在界面處累積，進而導致局部熔化。

為了使超快脈衝激光熔接技術正常工作，研究人員必須優化兩方面的參數設置：激光參數（曝光時間、脈衝數和脈衝持續時間）和陶瓷材料的透明度。通過恰當組合，工程師們就能在室温條件下，用低功率激光將陶瓷熔接在一起。

UCR教授Guillermo Aguilar説：“在1兆赫的高重複率下，超快脈衝的最佳時間為2皮秒。這時溶體直徑最大且材料燒蝕最小。”Garay補充説：“通過將能量按需集中，我們就能封裝温度敏感材料，避免其損壞。”

為了驗證工藝可靠性，研究人員在陶瓷管內部熔接了一個透明的圓柱形帽結構。強度測試結果表明，接縫處強度足以承受真空。UCSD博士後研究員、論文作者Elias Penilla説：“我們對接縫處使用的真空測試與工業上驗證電子和光電設備密封性的測試是相同的。”

有些手機已經採用了陶瓷材料做後蓋。

目前，該工藝還只能用於熔接尺寸小於兩釐米的小型陶瓷部件。下一階段，研究人員計劃進一步優化工藝，以提高其對材料尺寸、材料類型與形狀的適應性。

期刊來源：《科學》

期刊編號：0036-8075

原文鏈接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190822141946.htm

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