加州大學(xué)圣地亞哥分校和加州大學(xué)河濱分校的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型陶瓷焊接技術(shù)，發(fā)表在8月23日出的“ Science”雜志上，其采用超快脈沖激光沿接口熔化陶瓷材料并將它們?nèi)诤显谝黄?。該技術(shù)可在環(huán)境條件下工作，使用的激光功率小于50瓦，比目前常用的在爐內(nèi)加熱零件的陶瓷焊接方法更實(shí)用。

陶瓷焊接是一項(xiàng)難度很高的技術(shù)，因?yàn)樾枰獦O高的溫度才能將陶瓷熔化，并且當(dāng)陶瓷處于較大溫度梯度條件下還容易導(dǎo)致其開裂。所以盡管陶瓷材料具有非常好的生物相容性、硬度和抗碎裂性，是生物醫(yī)學(xué)植入物和電子保護(hù)殼的理想選擇，但焊接的難度使其制造過程非常困難。

“現(xiàn)在，沒有辦法將電子元件封裝或密封在陶瓷內(nèi)部，因?yàn)槟惚仨毎颜麄€(gè)組件放在爐子里，而這將導(dǎo)致電子元件的毀，”研究人員Garay說。

Garay及其同事的解決方案是沿著兩個(gè)陶瓷部件之間的界面瞄準(zhǔn)一系列短激光脈沖，使熱量僅在界面處積聚并導(dǎo)致局部熔化。他們稱這種方法為超快脈沖激光焊接。

為了實(shí)現(xiàn)這一過程，研究人員必須優(yōu)化兩個(gè)參數(shù)：激光參數(shù)（曝光時(shí)間，激光脈沖數(shù)和脈沖持續(xù)時(shí)間）和陶瓷材料的透明度。通過正確的組合，激光能量與陶瓷強(qiáng)烈耦合，允許在室溫下使用低激光功率（小于50瓦）進(jìn)行焊接。

“超快脈沖的最佳點(diǎn)是1兆赫的高重復(fù)頻率下2皮秒，脈沖總數(shù)適中。這是綜合了融化直徑最大化、材料溶解最小化以及定時(shí)冷卻最優(yōu)的多參數(shù)平衡的最優(yōu)焊接條件。”研究人員阿吉拉爾說。

“通過將能量集中在我們想要的地方，從而避免了在整個(gè)陶瓷中溫度梯度的產(chǎn)生，因此我們可以在不損壞它們的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度敏感材料的封裝，”Garay說。

作為概念驗(yàn)證，研究人員將透明圓柱形蓋焊接到陶瓷管內(nèi)部。測(cè)試表明，焊縫強(qiáng)度足以使其保持真空狀態(tài)。

“我們?cè)诤缚p上使用的真空測(cè)試與工業(yè)中用于驗(yàn)證電子和光電器件密封件的測(cè)試相同，”第一作者Elias Penilla說道。

到目前為止，該工藝僅用于焊接尺寸小于2厘米的小陶瓷部件。未來的計(jì)劃將涉及優(yōu)化更大規(guī)模的方法，以及不同類型的材料和幾何形狀。