CN103212812A - 一种玻璃和可伐合金的激光封接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃和可伐合金的激光封接方法，包括如下步骤：(a)将玻璃进行洁净化处理，将可伐合金进行脱脂去油处理；(b)将玻璃放置于可伐合金上，并使玻璃和可伐合金紧密接触；(c)使用激光器进行直线照射，激光束的焦点位于玻璃与可伐合金交界处；得到封接体；(d)将封接体移至100~300℃的加热炉中进行去应力退火，随炉冷却至室温后，即可得到玻璃和可伐合金的封接体。本发明通过优化工艺参数、精确控制热作用区及区内的温度分布，控制脉宽、频率、扫描速度及去应力退火温度，获得了低应力大尺寸的玻璃与可伐合金的封接体，可以应用于建筑行业，并大幅度提高了产品的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃和可伐合金的激光封接方法，属于异质材料的连接技术领域。
背景技术
可伐合金，英文为KOVAR，也称铁镍钴合金。该合金在20~450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃能进行有效封接匹配，和较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工，广泛用于制作电真空元件，发射管，显像管，开关管，晶体管以及密封插头和继电器外壳等。
目前，玻璃和可伐合金的连接方法主要有火焰熔封法和阳极扩散连接法两种。例如：中国发明专利申请CN200610035180.2公开了一种金属与玻璃结合体的制造工艺，其主体部份由玻璃材料制成，在玻璃主体表面或内部融合有金属件，即将熔点高于玻璃的金属件(例如红铜金属片)与高达800℃左右高温的玻璃液中，冷却至室温获得两者的融合体。又如，中国发明专利申请CN200310105894.2公开了开了一种金属与玻璃之间的阳极焊接方法，首先将样品进行单面机械抛光处理并清洗，然后将样品放入炉中夹具上进行固定，玻璃接阴极，金属接阳极，在炉温为250~450℃，600~900V直流电压下，维持温度和电压15~50min后停止供电，随炉冷却至室温后实现金属与玻璃连接。然而，上述方法的操作工艺相对复杂，而且其生产效率相对不高。此外，上述方法一般只能制备小尺寸的封接件，而难以获得小热应力封接的大尺寸封接件，而在一些领域，如建筑行业，需要用到大尺寸的玻璃与可伐合金封接件，上述方法就很难制备。目前，上述用于建筑行业的大尺寸玻璃与可伐合金封接件主要采用玻璃腻子进行密封，然而，该连接方式中的玻璃腻子属于化学物质，对人体健康具有危害，不符合国家绿色环保发展的趋势。
发明内容
本发明目的是提供一种玻璃和可伐合金的激光封接方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种玻璃和可伐合金的激光封接方法，包括如下步骤：
(a) 将玻璃进行洁净化处理，将可伐合金进行脱脂去油处理；
(b) 将玻璃放置于可伐合金上，并使玻璃和可伐合金紧密接触；
(c) 使用激光器进行直线照射，激光束的焦点位于玻璃与可伐合金交界处，进行照射时的扫描速率为80~200毫米/分钟；得到封接体；
(d) 将上述封接体移至100~300℃的加热炉中进行去应力退火，随炉冷却至室温后，即可得到玻璃和可伐合金的封接体。
上文中，所述步骤(b)中玻璃和可伐合金紧密接触，可以采用专用夹具将两者夹紧，保证两者充分接触，无肉眼可见间隙。
上述技术方案中，所述步骤(a)中，可伐合金进行脱脂去油处理后，再进行氧化处理。
优选的，所述氧化处理温度控制在700~800℃之间，保温时间为10~20min，氧化层的厚度控制在3~5微米。
上述技术方案中，所述步骤(c)中，激光器的电流100~130A，脉宽范围1.5~3.0ms、频率5~10Hz、扫描速度为80~200mm/min、扫描次数为1~3道。
上述技术方案中，所述步骤(c)中的激光器为Nd:YAG激光器。
上述技术方案中，所述步骤(d)中的加热炉为箱式电阻炉。
上述技术方案中，所述步骤(c)在氩气气氛下进行。
本发明同时请求保护上述激光封接方法得到的玻璃和可伐合金的封接体。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明开发了一种新的玻璃和可伐合金的激光封接方法，通过优化工艺参数、精确控制热作用区及区内的温度分布，控制脉宽、频率、扫描速度及去应力退火温度，获得了低应力大尺寸的玻璃与可伐合金的封接体，该大尺寸的玻璃与可伐合金的封接体可以应用于建筑行业，并大幅度提高了产品的使用寿命，避免了现有技术中采用玻璃腻子而带来的环保问题。
2．本发明使用激光器进行直线照射时，激光束的焦点位于玻璃与可伐合金交界处，解决了玻璃激光透射率高致使激光加工困难的问题。
3．本发明通过选择合适的脉宽、频率、扫描速率及去应力退火温度，使玻璃恰好发生熔化并与可伐合金钢板结合，并且不发生玻璃局部受热集中而致玻璃炸裂，同时避免了封接过程中热输入过大导致玻璃直接被切断的问题。
4．本发明的激光封接方法具备能量可控性高、加工热影响区窄、加工效率高等优点，可更好的适应柔性制造环境。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种玻璃和可伐合金的激光封接方法，包括如下步骤：
首先将视窗玻璃样品与可伐合金经过预处理（清洗、脱脂和预氧化处理），
将视窗玻璃样品（8×20×4mm（长×宽×厚））置于可伐合金钢板（10×25×1.5mm（长×宽×厚））上，并用夹具将两者夹紧（保证两者充分接触，无肉眼可见间隙），距离样品边部1~3mm进行激光束扫描，扫描过程中激光头不动，工作台沿X或Y方向作直线运动，完成封接过程；
扫描线位置距离视窗玻璃样品边部1~2mm，激光束焦点位于视窗玻璃与可伐合金钢板界面处，扫描线长度分别为78mm（X方向）和18mm（Y方向），电流为120A，脉宽为1.7ms，频率为7Hz，扫描速率为100mm/min；
完成封接后将样品及夹具快速移至200℃箱式电阻炉中进行去应力处理，冷却方式为随炉冷却，即可得到玻璃和可伐合金的封接体。
实验测试，采用本实施例的方法封接后，玻璃与可伐合金的抗剪强度可达30MPa。
实施例二
一种玻璃和可伐合金的激光封接方法，包括如下步骤：
首先将视窗玻璃样品与可伐合金经过预处理（清洗、脱脂和预氧化处理），将视窗玻璃样品（8×20×4mm（长×宽×厚））置于可伐合金钢板（10×25×1.5mm（长×宽×厚））上，并用夹具将两者夹紧；
对视窗玻璃与可伐合金进行Nd:YAG激光封接，扫描线位置距离视窗玻璃样品边部1~2mm，激光束焦点位于视窗玻璃与可伐合金钢板界面处，扫描线长度分别为76mm（X方向）和16mm（Y方向），电流为130A，脉宽为2.5ms，频率为10Hz，扫描速率为100mm/min；
完成封接后将样品及夹具快速移至200℃箱式电阻炉中进行去应力处理，冷却方式为随炉冷却，即可得到玻璃和可伐合金的封接体。
实验测试，采用本实施例的方法封接后，玻璃与可伐合金的抗剪强度可达25MPa。
Claims (8)
1.一种玻璃和可伐合金的激光封接方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a) 将玻璃进行洁净化处理，将可伐合金进行脱脂去油处理；
(b) 将玻璃放置于可伐合金上，并使玻璃和可伐合金紧密接触；
(c) 使用激光器进行直线照射，激光束的焦点位于玻璃与可伐合金交界处，进行照射时的扫描速率为80~200毫米/分钟；得到封接体；
(d) 将上述封接体移至100~300℃的加热炉中进行去应力退火，随炉冷却至室温后，即可得到玻璃和可伐合金的封接体。
2.根据权利要求1所述的玻璃和可伐合金的激光封接方法，其特征在于：所述步骤(a)中，可伐合金进行脱脂去油处理后，再进行氧化处理。
3.根据权利要求2所述的玻璃和可伐合金的激光封接方法，其特征在于：所述氧化处理温度控制在700~800℃之间，保温时间为10~20min，氧化层的厚度控制在3~5微米。
4.根据权利要求1所述的玻璃和可伐合金的激光封接方法，其特征在于：所述步骤(c)中，激光器的电流100~130A，脉宽范围1.5~3.0ms、频率5~10Hz、扫描速度为80~200mm/min、扫描次数为1~3道。
5.根据权利要求1所述的玻璃和可伐合金的激光封接方法，其特征在于：所述步骤(c)中的激光器为Nd:YAG激光器。
6.根据权利要求1所述的玻璃和可伐合金的激光封接方法，其特征在于：所述步骤(d)中的加热炉为箱式电阻炉。
7.根据权利要求1所述的玻璃和可伐合金的激光封接方法，其特征在于：所述步骤(c)在氩气气氛下进行。
8.根据权利要求1所述的激光封接方法得到的玻璃和可伐合金的封接体。
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