聚苯乙烯与钛激光透射连接工艺研究

为了解决激光透射难以实现连接聚苯乙烯与钛的问题,采用氧等离子体处理后的聚苯乙烯与经激光表面处理的薄钛进行了激光透射连接。建立了激光透射连接工艺参量的数学模型,分析了工艺参量对连接强度的交互式影响,得到了优化工艺参量。结果表明,经过处理后的聚苯乙烯与薄钛再进行激光连接时,其连接强度从0.5MPa提高到6.0MPa以上,有效解决了聚苯乙烯与钛的激光透射连接难题;通过优化工艺参量可获得最优的工艺参量组合。该研究为此工艺的工业应用奠定了基础。     

基于响应曲面法的激光透射连接聚合物工艺参数优化

激光透射连接以其快速、精确、柔性、较强环境适应性的局部连接和封装工艺,在工业、医学领域具有良好的应用前景。应用Dilas公司Compact130/140型半导体激光器对聚碳酸酯薄板进行了激光透射连接实验。使用响应曲面法进行实验设计,建立激光透射连接工艺参数的数学模型,并进行优化与分析。讨论了激光功率、激光扫描速度、模具压紧力、扫描次数等激光加工工艺参数对连接强度和接头连接区域宽度的交互影响趋势。结果表明,激光功率与激光扫描速度交互影响较大;增加激光功率,减小激光扫描速度,增加模具压紧力与扫描次数有利于提高连接质量。     

激光透射焊接聚碳酸酯接头性能研究

为研究聚碳酸酯激光透射焊接接头性能,采用10W半导体端抽运全固态(DPSS)激光器进行了聚碳酸酯材料的激光透射焊接。采用光学金相显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和电子万能实验拉力机分析了接头的显微形貌、断口形貌和拉伸剪切强度。结果表明,在激光功率8 W、激光频率50kHz、焊接速度350mm/s、激光扫描间距0.1mm时,试样的拉伸剪切强度达到44MPa,为母材强度的68%,焊缝内部的分层和气孔是影响接头力学性能和断裂机制的主要原因,通过激光塑料透射焊接技术,可以获得接头力学性能良好的焊接试样。     

基于三维真实表面形貌的聚碳酸酯激光透射焊接温度场模拟北大核心CSCD

在三维真实表面形貌分析的基础上,对激光透射焊接过程进行了模拟分析。利用表面粗糙度测量仪对聚碳酸酯(PC)试件的表面粗糙度进行了测量,构建了表面粗糙轮廓的数学模型,并进行了实体建模,通过ANSYS Fluent软件对光滑表面以及真实粗糙表面进行了激光焊接模拟,分析了焊缝断口微观形貌。结果表明,粗糙PC表面的焊接强度要低于光滑表面的。     

聚碳酸酯激光透射焊接工艺及性能研究

在激光塑料透射焊接理论的基础上,采用半导体激光器焊接聚碳酸酯(PC)塑料薄板,研究了激光焊接热塑性塑料的可行性。设计并确定了激光透射焊接的实验方案,包括激光器和焊接材料的选择。通过微观金相实验分析了焊接因素对焊接质量的影响。通过正交实验法研究了激光功率、焊接速度、炭黑含量对焊接质量的影响。结果表明对于聚碳酸酯材料而言,激光功率是影响焊接质量的首要因素,其次是焊接速度,最后是炭黑含量。     

聚氯乙烯激光透射焊接温度场的有限元模拟

使用ANSYS软件,建立了使用激光透射焊接技术焊接透明聚氯乙烯(PVC)的三维有限元热分析模型.利用APDL编程实现高斯型热源的动态加载,得到了温度场的分布;进一步分析了焊接速度、激光平均功率和光斑直径等工艺参数对焊接质量的影响,并计算出焊缝宽度.结果表明,随着焊接速度的增加,焊缝区域的最高温度逐渐降低,焊缝宽度逐渐减小;当激光平均功率增大时,焊缝区域的最高温度增高,焊缝宽度增大;而当光斑直径增大时,焊缝宽度增大,但焊缝处的最高温度有所下降.焊缝宽度计算值与实验测量值相比,二者比较吻合.     

基于全息技术的激光透射塑料焊接研究

介绍了激光透射塑料焊接及全息技术的基本原理,提出了一种基于全息原理的激光同步焊接技术。为了达到塑料微小焊缝的同步焊接,采用干涉方法记录下预知焊缝特征形状,再利用衍射方法使得焊缝图形特征再现,同时激光束光斑形状被调制为与预知焊缝形状相同。利用调制完成后的激光束对塑料进行同步焊接,得到理想焊缝与预知焊缝形状相同的结果。结果表明,此项技术适用于焊缝图形小且复杂的场合。     

激光透射焊接聚甲基丙烯酸甲酯试验研究

采用YAG激光透射焊接聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板材,对其工艺、焊接区形貌和拉伸性能进行了研究。结果表明:在未添加吸光剂条件下,激光功率高于200W时,透明和黑色PMMA板激光透射焊接性能良好,上层透明PMMA材料的激光入射面无烧蚀损伤,拉伸试验中透明PMMA板断开,焊接区无开裂,最大载荷为2110N。激光功率低于200W时,单道焊接条件下焊接区被拉开,最大载荷1170N。透明PMMA板和其他颜色PMMA板在焊接时,需要添加吸光剂。采用黑色热塑性丙烯酸树脂为吸光剂的条件下,焊接效果较好。     

激光透射焊接聚碳酸酯的有限元分析

为了研究激光透射焊接塑料过程中温度分布对焊接显微结构和强度的影响,采用ABAQUS软件,建立了使用激光透射焊接技术焊接聚碳酸酯(PC)的三维有限元热分析模型,通过子程序DFLUX和FORTRAN语言编程实现超高斯型热源的动态加载,有限元分析得到激光透射连接过程中温度场的分布。结果表明:当激光功率P=40 W,焊接速度v=40 mm/s时,焊接温度达到333.8℃,焊接强度最高(1.3 kN),焊接质量最好;当焊接速度v=10 mm/s时,最高温度达到589.5℃,拉伸强度为0.4 kN。当激光功率为40 W,焊接速度为100 mm/s时,焊接温度达到165.5℃,拉伸强度为0.74 kN。焊缝成形的好坏主要与焊接温度有关,可通过选择合适的工艺参数对这些缺陷进行控制。     

无压力辅助硅/玻璃激光局部键合

提出了一种新的无需外压力作用的硅/玻璃激光局部键合方法,通过对晶圆进行表面活化处理,选择合适的激光参数及加工环境,成功地实现了无压力辅助硅/玻璃激光键合.同时研究了该键合工艺参数如激光功率、激光扫描速度、底板材料等的影响.实验表明,激光功率越大,扫描速度越小,键合线的宽度就越大.实验结果显示,该方法能有效减少键合片的残余应力,控制键合线宽,并能得到较好的键合强度.该工艺可为MEMS器件的封装与制造提供简洁、快速、键合区可选择的新型键合方法.     

无压力辅助硅/玻璃激光局部键合

提出了一种新的无需外压力作用的硅/玻璃激光局部键合方法,通过对晶圆进行表面活化处理,选择合适的激光参数及加工环境,成功地实现了无压力辅助硅/玻璃激光键合.同时研究了该键合工艺参数如激光功率、激光扫描速度、底板材料等的影响.实验表明,激光功率越大,扫描速度越小,键合线的宽度就越大.实验结果显示,该方法能有效减少键合片的残余应力,控制键合线宽,并能得到较好的键合强度.该工艺可为MEMS器件的封装与制造提供简洁、快速、键合区可选择的新型键合方法.     

Si/Glass激光键合的仿真及实验研究

对Si/Glass激光键合进行了有限元仿真,自主设计激光键合系统并进行了Si/Glass激光键合实验研究、测试与表征。以Si/Glass激光键合的二维传热解析模型为理论基础,应用有限元软件ANSYS仿真了激光功率20～48W时激光键合的三维温度场、键合熔融深度,并预测键合阈值功率为28 W。自主设计激光键合系统及实验方案,采用光斑直径150μm、功率30W的Nd:YAG连续激光实现了Si/Glass的良好激光键合。测试结果表明,激光键合强度最高为阳极键合的5.2倍,激光键合腔体气密性测试泄漏率平均值约9.29×10-9 Pa.m3/s,与阳极键合处于同一数量级。采用能谱分析(EDS)线扫描Si/Glass激光键合的界面材料成分,发现键合界面形成过渡层,激光功率30W时过渡层厚度9μm,与仿真结果吻合。     

压片预置式激光多层熔覆厚纳米陶瓷涂层结合性能

采用压片预置式激光多层熔覆制备了厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)涂层,研究了涂层的微观组织和结合性能,并分析了涂层厚度对结合强度的影响。结果表明,陶瓷涂层各层之间无明显界面,过渡缓和自然,涂层内部致密、连续,基本无孔隙及贯穿性大裂纹等缺陷;涂层由等轴晶的完全熔化区和残留纳米颗粒的部分熔化区组成,并且涂层中的裂纹基本集中于部分熔化区,另外晶粒尺寸表现为上小下大的梯度过渡特征。随着涂层厚度的增加,结合强度逐渐下降,其减小的趋势为先快后慢。厚度为175μm的试样结合强度高于78.6 MPa,而厚度为350、525、700μm的涂层结合强度分别为66.3、47.4、36.2MPa。     

硅片键合强度测试方法的进展

键合强度是关系到键合好坏的一个重要参数。本文介绍了键合强度测试方法的理论基础;随后列举了几种常见的测量方法,包括裂纹传播扩散法、静态流体油压法、四点弯曲分层法、MC测试方法、直拉法及非破坏性测试方法(超声波测试法和颗粒法)。分析了各种方法的优缺点：裂纹传播扩散法操作简单,但它受测量环境、如何插入刀片等因素的影响,而且只适合于较弱的键合强度测试;对于较强的键合强度还是采用直拉法来测量,但它受到拉力手柄粘合剂的限制;对于器件中的键合强度测量采用MC测试方法更为适宜;超声波测试法现在只适用于弱键合强度。本文能对键合强度测量方法的开发、改进工作有所帮助。     

聚丙烯塑料激光透射焊接工艺

利用正交实验方法,研究了聚丙烯(PP)塑料的激光透射焊接工艺参数对焊接质量的影响。对焊接样品进行拉伸测试和切片实验,分析了各焊接因素对拉伸强度和焊缝宽度的影响。结果表明,各焊接因素对焊接强度的影响大小顺序为:焊接速度→激光器的频率→焊接后冷却时间→夹具的夹紧力→光斑直径→激光器功率,并发现激光能量密度过高会导致样品表面焦化形成黑色焊缝,焊缝不均匀则产生伪断裂现象。并用极差法确定了聚丙烯的最佳焊接工艺参数。     

键合方法制备长波长面发射的实验和分析

通过疏水键合方法实现了InGaAsP/InP有源区与GaAs/AlAs DBR的单面和双面键合,并通过SEM,I-V曲线和反射谱、光致发光谱等手段研究了GaAs/InP键合界面的机械、光学和电学性质,良好的界面性质为使用键合技术制备长波长面发射激光器提供了可能性.     

键合方法制备长波长面发射的实验和分析

通过疏水键合方法实现了InGaAsP/InP有源区与GaAs/AlAs DBR的单面和双面键合,并通过SEM,I-V曲线和反射谱、光致发光谱等手段研究了GaAs/InP键合界面的机械、光学和电学性质,良好的界面性质为使用键合技术制备长波长面发射激光器提供了可能性.     

激光硬化基体对镀铬层组织和结合的影响

采用激光相变硬化的方法在电镀前对基体表层预先进行处理,以改善镀层与基体的结合强度,提高其承载能力。借助扫描电镜(SEM)分析镀铬层的组织和界面,对镀层、相变硬化区和基体的硬度变化进行分析,对镀层抗高温烧蚀能力进行测试。结果表明,基体经激光相变硬化处理后,既可以促进镀层外延生长,又可以在镀层和基体之间实现硬度的梯度过渡,从而可以改善结合,缓解应力,提高承载能力,镀层的抗剥落能力和使用寿命得到显著提高。激光相变硬化得到细小的淬火马氏体,位错密度显著增加,表面活性增强,是促进镀层外延生长的主要原因。