真空压合治具、使用该治具的激光玻璃焊接系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种真空压合治具、使用该治具的激光玻璃焊接系统及方法，其中，真空压合治具包括可开合的密封腔体，所述密封腔体内设有波纹管，所述波纹管上表面固定有支撑板，所述支撑板用于放置待焊料；所述密封腔体的侧壁下方设有充气孔，侧壁上方设有抽气孔，底部设有出气孔；所述密封腔体的顶部中间位置设有玻璃板，所述玻璃板与支撑板相适配。本发明专利技术解决了待焊玻璃料的间隙控制问题，实现了接触间隙的量化和过程管理，并且使用该治具成功高效地完成玻璃样品的焊接。成玻璃样品的焊接。成玻璃样品的焊接。

【技术实现步骤摘要】
真空压合治具、使用该治具的激光玻璃焊接系统及方法


[0001]本专利技术属于超快激光玻璃焊接
，具体为一种真空压合治具、使用该治具的激光玻璃焊接系统及方法。

技术介绍

[0002]激光焊接是利用高能量密度的激光光束作为热源，焊接过程中热量从表面通过热传导至材料内部，通过控制脉冲激光的脉宽，能量，峰值功率，重复频率等参数，使得材料融化，形成特定的熔池。金属激光焊接技术已经发展四十多年了，广泛应用在各个领域，如汽车工业，航天工业，微电子领域等。然而脆性材料激光焊接技术是近十五年才产生的，特别是近5年才往工业应用领域发展。传统脆性材料(如玻璃，陶瓷，蓝宝石等)间的连接用的是胶水粘连方式，虽然材料和工艺已经十分成熟，但仍然存在许多问题，例如，胶水/粘合剂是耗材，增加了原料成本；在长时间不稳定环境(湿度，温度等变化较大)下使用，胶水会发生失效脱落；有机高分子聚合物胶水对环境有一定影响，不符合环保趋势。因此脆性材料激光焊接技术市场前景可观，特别是玻璃激光焊接，其应用十分广泛，如芯片封装，3C产品焊接，半导体材料键合等。
[0003]玻璃激光焊接是将两层玻璃叠加在一起，超快激光通过聚焦物镜聚焦至下层待焊材料内，通过超快激光短脉冲、高频率的特点在玻璃材料内产生非线性吸收，形成低密度等离子体，高温融化材料后快速凝固，形成焊接熔池(填满间隙)，在焦点与待焊材料相对运动的过程中，熔池沿运动轨迹分布，最终形成了焊接轨迹。
[0004]从工艺上来讲，玻璃激光焊接需要调整玻璃待焊料间的接触间隙，通常要小于四分之一的激光波长甚至100纳米；间隙过大，焊接熔池无法填充间隙，会导致虚焊，焊不牢，焊不上，此时若仅提高激光焊接功率，增加吸收能量，是会破坏材料结构，达不到提高熔池的目的。因此控制待焊料间的贴合间隙是个巨大的挑战。
[0005]目前实验室阶段，使用手工机械式治具来保证玻璃间的紧密贴合费时耗力，且很难准确控制玻璃的接触间隙，整个过程无法量化和管理。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种真空压合治具、使用该治具的激光玻璃焊接系统及方法，解决了待焊玻璃料的间隙控制问题，实现了接触间隙的量化和过程管理，并且使用该治具成功高效地完成玻璃样品的焊接。
[0007]根据本专利技术说明书的一方面，提供一种真空压合治具，包括可开合的密封腔体，所述密封腔体内设有波纹管，所述波纹管上表面固定有支撑板，所述支撑板用于放置待焊料；所述密封腔体的侧壁下方设有充气孔，侧壁上方设有抽气孔，底部设有出气孔；所述密封腔体的顶部中间位置设有玻璃板，所述玻璃板与支撑板相适配。
[0008]上述技术方案中，首先将充气孔与气压表、压缩空气瓶连接，抽气孔与真空读数表、真空泵连接；然后打开密封腔体，将两片待焊料经手工初步定位贴合后放入支撑板上，
盖上并锁紧密封腔体；接着打开抽气孔，给密封腔体内支撑板上方形成的上腔体抽真空，波纹管向上运动带动支撑板上移压合两层叠放的待焊料于支撑板和玻璃板之间，当真空度值达到预设值后，打开充气孔，同时调节出气孔，向支撑板下方形成的下腔体内充气，此时波纹管进一步向上撑起，达到更紧密的压合，两片待焊料之间的接触间隙由贴合压力控制，而贴合压力由充气压力和真空度来控制，从而实现对接触间隙的量化和过程管理，解决了待焊料的间隙控制问题。
[0009]进一步地，不同厚度、不同表面粗糙度及不同形状的玻璃焊料的间隙控制方式不同，可通过量化的充气压力及真空度的组合来进行控制。
[0010]作为进一步的技术方案，所述密封腔体包括底板，底座和盖框，所述底座固定在底板上，所述盖框设置在底座上方且与底座可拆卸连接。这样设置的目的是便于密封腔体的打开和密封。进一步来说，所述底板的两端开设有螺纹孔，用于对底板进行固定安装。
[0011]进一步地，所述底座、盖框均为金属材质。
[0012]进一步地，所述玻璃板为石英玻璃板。玻璃板优选石英玻璃，微晶玻璃等，因为这些玻璃材料线膨胀系数小，热稳定性好，耐热，抗震性好。
[0013]作为进一步的技术方案，所述盖框与底座之间设有密封圈。所述密封圈是为了增强盖框与底座的密封性，保证腔体内的抽真空效果。
[0014]作为进一步的技术方案，所述波纹管为可伸缩波纹管。波纹管的材料可选用橡胶、PVC、布/PVC、金属等。所述支撑板将密封腔体隔开为上腔体和下腔体，利用可伸缩波纹管的伸缩性，使得在上腔体被抽真空时，波纹管能向上移动以带动支撑板向上，进而将待焊料压合在支撑板与玻璃板之间，同样，其在下腔体被充气时，能进一步向上移动，带动支撑板继续向上，使支撑板与玻璃板之间的待焊料达到更紧密的压合。
[0015]作为进一步的技术方案，所述支撑板的制作材料包括铝、铁氟龙或铁。
[0016]根据本专利技术说明书的另一方面，提供了一种激光玻璃焊接系统，使用所述的真空压合治具实现，所述激光玻璃焊接系统包括激光器、光学单元和真空压合治具，所述激光器产生的激光经由光学单元传导后，透过真空压合治具顶部的玻璃板聚焦于待焊料上；所述真空压合治具的充气孔连接压缩空气瓶，且进气管道上设有压力表；所述真空压合治具的抽气孔连接真空泵，其抽气管道上设有真空读数表。
[0017]上述技术方案中，当通过真空压合治具实现两片待焊料之间的间隙控制且密封腔体内达到气体平衡后，打开激光器，通过该光学单元引导激光聚焦于待焊料上，对待焊料进行激光焊接，该技术方案通过真空压合治具实现了两片待焊料之间接触间隙的量化控制及管理，从而能够高效地完成玻璃样品的焊接，在保证焊接质量的基础上提高了焊接效率。
[0018]作为进一步的技术方案，所述光学单元包括沿光路依次设置的扩束镜、反射镜和聚焦物镜。所述激光器产生的激光入射到扩束镜，经扩束镜扩束后入射到反射镜，所述反射镜为45度反射镜，经该45度反射镜反射的光再经由聚焦物镜聚焦以入射到待焊料上。
[0019]根据本专利技术说明书的另一方面，提供了一种激光玻璃焊接方法，使用所述的激光玻璃焊接系统实现，所述方法包括：
[0020]将两片玻璃待焊料预贴合后置于真空压合治具内的支撑板上，盖好并锁紧密封治具；
[0021]打开真空抽气孔，对支撑板上方形成的上腔体抽真空，波纹管向上移动带动支撑
板上移，将两片玻璃待焊料压合于支撑板与玻璃板之间；
[0022]当上腔体的真空度值达到预设值时，打开充气孔，向支撑板下方形成的下腔体充气，直到下腔体达到气体平衡；
[0023]打开激光器，进行焊接。
[0024]上述技术方案中，将两片玻璃待焊料通过手工初步定位等预贴合后置于真空压合治具的支撑板上，然后盖好并锁紧治具；先对上腔体抽真空，调整腔体的真空度，这样可以首先把待焊样品接触面间的空气抽出来，减少后续激光加工过程中彩虹纹等缺陷的产生；当上腔体的真空度达到一定值后，再进行下腔体充气，调整下腔体内的充气压力，提高两片待焊料之间的贴合压力；当压力表的指针稳定不晃动后，表明腔体内达到气体平衡；此时即可打开激光器，进行玻璃待焊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.真空压合治具，其特征在于，包括可开合的密封腔体，所述密封腔体内设有波纹管，所述波纹管上表面固定有支撑板，所述支撑板用于放置待焊料；所述密封腔体的侧壁下方设有充气孔，侧壁上方设有抽气孔，底部设有出气孔；所述密封腔体的顶部中间位置设有玻璃板，所述玻璃板与支撑板相适配。2.根据权利要求1所述真空压合治具，其特征在于，所述密封腔体包括底板，底座和盖框，所述底座固定在底板上，所述盖框设置在底座上方且与底座可拆卸连接。3.根据权利要求2所述真空压合治具，其特征在于，所述盖框与底座之间设有密封圈。4.根据权利要求1所述真空压合治具，其特征在于，所述波纹管为可伸缩波纹管。5.根据权利要求1所述真空压合治具，其特征在于，所述支撑板的制作材料包括铝、铁氟龙或铁。6.激光玻璃焊接系统，使用权利要求1
‑
5任一项所述的真空压合治具实现，其特征在于，所述激光玻璃焊接系统包括激光器、光学单元和真空压合治具，所述激光器产生的激光经由光学单元传导后，透过真空压合治具顶部的玻璃板聚焦于待焊料上；所述真空压合治具的充气孔连接压缩空气瓶，且进气管道上设有压力表；所述真空压合治具的...

【专利技术属性】
技术研发人员：库东峰，黄伟，柯亮，吴中晗，张义，王建刚，
申请(专利权)人：武汉华工激光工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：