飞秒激光焊接Al₂O₃陶瓷的裂纹特征与接头性能研究

摘要

氧化铝陶瓷因卓越的介电特性和稳定的物理化学性质，在电子封装领域得到了广泛应用.然而，较大的焊缝裂纹倾向削弱了接头的性能，严重限制了陶瓷接头的应用.针对该问题，采用飞秒激光焊接氧化铝陶瓷，研究了激光束扫描轨迹、激光功率、扫描速度对焊缝裂纹特征与接头性能的影响规律，提出了基于裂纹平均宽度的焊缝等级分类方法.结果表明，相较于椭圆、螺旋线、垂直8字和水平8字，采用正弦扫描激光焊接氧化铝陶瓷能够获得更小的裂纹平均宽度和更高的剪切力.提升激光功率、降低扫描速度有助于减小裂纹的平均宽度，增加焊缝熔深，从而提高接头的剪切力.剪切力最大值可达1 980 N，大约是母材剪切力的61%.建立了基于焊缝裂纹平均宽度和熔深的接头剪切力预测模型，通过实验验证了模型的准确性，预测值与测量值最小偏差仅为0.45%.研究结果为陶瓷高性能焊接提供了技术指导和理论支撑.

关键词

陶瓷材料 / 激光束焊接 / 裂纹扩展 / 剪切应力 / 焊缝熔深