科學家開發新陶瓷焊接技術,不需熔爐可在室溫下完成

作者 | 發布日期 2019 年 08 月 25 日 23:44 | 分類 尖端科技 , 材料 , 零組件 Telegram share ! follow us in feedly


陶瓷材料是生醫植入物保護和電子裝置的理想選擇,然而目前的陶瓷焊接方法並不利於製造這種裝置,但現在聖地牙哥加州大學(UC San Diego)工程師團隊已經開發出一種新型技術,預估未來將能擴展陶瓷材料的應用。

陶瓷材料有著硬性和防碎性,還具有生物相容性的優勢,理論上來說,只要能夠妥善結合電子材料運用,不易破碎、刮傷的智慧型手機、無金屬的心律調節器、適用於惡劣環境或太空的電子設備都有望實現。

然而現在的陶瓷焊接有著根本性的問題。聖地牙哥加大機械工程和材料科學教授 Javier E. Garay 解釋,陶瓷材料需要極高的溫度才能熔化,這也使它們必須暴露在容易導致爆裂的極端溫度。

「以目前來說,沒有方法能把電子元件密封在陶瓷內部,要這麼做你必須把整個東西放在爐子裡,而這麼做的結果就是電子元件燒掉。」

刊載於《科學》(Science)期刊的論文,團隊描述了一項新技術可將陶瓷材料無縫接合,同時還能在環境條件下工作,使用的雷射功率更小於 50 瓦,比目前的陶瓷焊接方法都更實用。

據了解,這項技術主要是利用一系列超快脈衝雷射,瞄準兩個陶瓷零件的接口使熱量積聚並導致局部熔化,在雷射參數與陶瓷材料透明度的正確配合下,便能在室溫下使用低功率雷射焊接。

為了驗證概念,研究人員在焊接後進行了工業領域驗證電子和光電元件密封情況的相同測試,結果顯示,焊縫強度足以保持真空。

這項技術目前僅限於焊接小於 2 公分的小型陶瓷零件,團隊未來將嘗試更大型的零件,同時探索技術在不同類型材料和形狀的使用情況。

(首圖來源:Flickr/UC San Diego Jacobs School of Engineering CC BY 2.0)