一种基于超快激光焊接技术的磁性玻璃制造方法及装置

技术领域

本发明属于新型玻璃技术领域，具体涉及一种基于超快激光焊接技术的磁性玻璃制造方法及装置。

背景技术

磁性玻璃作为一种铁磁性的非晶态合金，在工业和科研领域已成为一种不可或缺的高新材料。传统磁性玻璃的制造方法主要有玻璃陶瓷工艺法、烧结法、溶胶凝胶法和放电等离子体烧结法等，其应用范围广、实用性强，但存在周期长、精度低和化学污染严重等缺陷，严重制约了磁性玻璃的应用范围和前景。本发明提出了一种基于超快激光焊接技术，将磁粉融入焊缝处制造磁性玻璃的方法，具有高效、高精、绿色环保等优势，对实现磁性玻璃高新科技应用具有重要的学术参考价值和实际经济效益。

发明内容

针对传统磁性玻璃制造工艺中存在的问题，本发明利用超快激光与玻璃相互作用的非线性效应，通过精确控制超快激光参数和焊接轨迹提供了一种工艺简单、稳定性好、能耗较低、耗时较少和产品附加值高的基于超快激光焊接技术的磁性玻璃制造方法及装置。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

步骤1、取两块边长为30mm，厚度为1mm的长方体玻璃置于超声波溶液中清洗3至5分钟后取出，然后用试镜纸擦拭清洁；

步骤2、取经过步骤1处理后的一块玻璃固定于微米级三维运动平台上，在其表面放置磁粉，然后将另一块玻璃重叠盖于第一块玻璃上方；

步骤3、引入超快激光光源，将光束聚焦于两块玻璃界面处，依据设定好的焊接轨迹，由计算机系统控制微米级三维运动平台进行焊接加工，将磁粉融入焊缝处制造磁性玻璃；

步骤4、将焊接加工完成后的磁性玻璃进行后处理；

步骤5、检测经过步骤4处理后的磁性玻璃性能，其中包括剩磁(Br)、矫顽力(Hcb)、内禀矫顽力(Hcj)、最大磁能积((BH) max)、磁通量密度(B)、饱和磁化强度(Ms)、磁阻塞温度(Tb)、居里温度(Tc)和焊接强度。

进一步地，所述步骤1中的玻璃为无机玻璃。

进一步地，所述步骤2中的磁粉放置方式有两种，第一种方式为沿着焊接轨迹上放置磁粉，第二种方式为在玻璃表面平铺磁粉。

进一步地，所述步骤3中的焊接轨迹可为二维平面运动轨迹或三维立体运动轨迹，轨迹形状不限(例如：“弓”字型、“回”型、三维螺旋线)。

进一步地，所述步骤3，由计算机系统控制三维运动平台沿着焊接轨迹以

进一步地，所述步骤3，超快激光参数设置为：重频

本发明基于超快激光焊接技术制造磁性玻璃的装置包括超快激光系统、三维运动平台、玻璃夹具和计算机系统。

进一步地，光路搭建路线为，从超快激光系统出来的光源，通过衰减片衰减后，经过反射镜1、反射镜2和反射镜3将平行光束变为垂直光束，再经过光阑通过物镜聚焦在两块待加工玻璃界面处，两块待加工玻璃通过玻璃夹具固定于三维运动平台上。

进一步地，超快激光系统、三维运动平台与计算机系统连接，由计算机系统的软件控制激光参数和焊接轨迹；同时计算机系统可控制三维运动平台沿X，Y，Z轴实现微米量级焊接加工。

本发明的优势是：

本发明提出了一种基于超快激光焊接技术，将磁粉融入焊缝处制造磁性玻璃的方法及装置，具有高效、高精、绿色环保等优势，对实现磁性玻璃高新科技应用具有重要的学术参考价值和实际经济效益。

附图说明

图1为沿着焊接轨迹放置磁粉示意图，

图2为在玻璃表面平铺磁粉示意图，

图3为基于超快激光焊接技术的磁性玻璃制造装置示意图。

其中，图1、图2中，1是焊接轨迹；2是磁粉；3是玻璃；

其中，图3中，1为超快激光系统；2为衰减片；3为反射镜1；4为反射镜2；5为反射镜3；6为光阑；7为物镜；8为两块待加工玻璃；9为玻璃夹具；10为三维运动平台；11为计算机系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种基于超快激光焊接技术的磁性玻璃制造方法及装置，包括如下步骤。

实施例1：

步骤1、取两块边长为30mm，厚度为1mm的长方体石英玻璃置于超声波溶液中清洗3至5分钟后取出，然后用试镜纸擦拭清洁。

步骤2、取经过步骤1处理后的一块玻璃固定于微米级三维运动平台上，在其表面放置平均粒径为5μm的四氧化三铁磁粉，焊接轨迹为“弓”字型的二维平面运动轨迹，沿着焊接轨迹上放置磁粉，如图1所示，然后将另一块玻璃重叠盖于第一块玻璃上方。

步骤3、引入飞秒激光光源，波长为1030nm，脉宽为1000fs，重频为800kHz，功率为5W，焊接速度为1mm/s。将光束聚焦于两块玻璃界面处，依据“弓”字型的二维平面运动轨迹，由计算机系统控制微米级三维运动平台进行焊接加工，将磁粉融入焊缝处制造磁性玻璃。

步骤4、将焊接加工完成后的磁性玻璃进行后处理，包括去热应力、应变等。

步骤5、检测经过步骤4处理后的磁性玻璃性能，其中包括剩磁(Br)、矫顽力(Hcb)、内禀矫顽力(Hcj)、最大磁能积((BH) max)、磁通量密度(B)、饱和磁化强度(Ms)、磁阻塞温度(Tb)、居里温度(Tc)和焊接强度等。

本发明基于飞秒激光焊接技术制造磁性玻璃的装置包括Pharos飞秒激光系统、Zolix TSMT-4三维运动平台、气动玻璃夹具和Lenovo计算机系统。光路搭建路线为，从Pharos飞秒激光系统出来的光源，通过衰减片衰减后，经过反射镜1、反射镜2和反射镜3将平行光束变为垂直光束，再经过光阑通过物镜聚焦在两块待加工石英玻璃界面处，两块待加工石英玻璃通过气动玻璃夹具固定于Zolix TSMT-4三维运动平台上。Pharos飞秒激光系统、Zolix TSMT-4三维运动平台与Lenovo计算机系统连接。

实施例2：

步骤1、取两块边长为30mm，厚度为1mm的长方体石英玻璃置于超声波溶液中清洗3至5分钟后取出，然后用试镜纸擦拭清洁。

步骤2、取经过步骤1处理后的一块玻璃固定于微米级三维运动平台上，在其表面放置平均粒径为5μm的四氧化三铁磁粉，焊接轨迹为“弓”字型的二维平面运动轨迹，在玻璃表面平铺磁粉，如图2所示，然后将另一块玻璃重叠盖于第一块玻璃上方。

步骤3、引入飞秒激光光源，波长为1030nm，脉宽为1000fs，重频为800kHz，功率为5W，焊接速度为1mm/s。将光束聚焦于两块玻璃界面处，依据“弓”字型的二维平面运动轨迹，由计算机系统控制微米级三维运动平台进行焊接加工，将磁粉融入焊缝处制造磁性玻璃。

步骤4、将焊接加工完成后的磁性玻璃进行后处理，包括去热应力、应变等。

步骤5、检测经过步骤4处理后的磁性玻璃性能，其中包括剩磁(Br)、矫顽力(Hcb)、内禀矫顽力(Hcj)、最大磁能积((BH) max)、磁通量密度(B)、饱和磁化强度(Ms)、磁阻塞温度(Tb)、居里温度(Tc)和焊接强度等。

本发明基于飞秒激光焊接技术制造磁性玻璃的装置包括Pharos飞秒激光系统、Zolix TSMT-4三维运动平台、气动玻璃夹具和Lenovo计算机系统。光路搭建路线为，从Pharos飞秒激光系统出来的光源，通过衰减片衰减后，经过反射镜1、反射镜2和反射镜3将平行光束变为垂直光束，再经过光阑通过物镜聚焦在两块待加工石英玻璃界面处，两块待加工石英玻璃通过气动玻璃夹具固定于Zolix TSMT-4三维运动平台上。Pharos飞秒激光系统、Zolix TSMT-4三维运动平台与Lenovo计算机系统连接。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。