Найден способ сварить металл и стекло: промышленная революция
Благодаря новой лазерной системе специалистов из Хериот-Ватта, рразличные оптические материалы, такие как кварц, боросиликатное стекло и даже сапфир, были успешно приварены к металлам — алюминию, титану и нержавеющей стали. Оборудование обеспечивает очень короткие (пикосекундные) импульсы инфракрасного света на стыке материалов, что и помогает эффективно сплавить их вместе. Ученые уже отметили колоссальные потенциал такой сварки для всей производственной базы ближайшего будущего. Этот процесс может найти применение в аэрокосмической, оборонной, оптической сфере и даже оказать влияние на здравоохранение.
Профессор Дункан Хэнд, директор Центра инновационного производства EPSRC при университете Хериот-Ватт, поясняет, что традиционно разнородные материалы очень сложно сваривать друг с другом из-за разной температуры плавления. Высокие температуры и структурные изменения, возникающие вследствие теплового расширения, приводят к разрушению таких хрупких материалов, как стекло.
«В настоящее время оборудование и изделия, в которых используются стекло и металл, чаще всего удерживает два этих материала вместе с помощью клея. Он ненадежен, поскольку со временем склеенные детали начинают расползаться в разные стороны. Кроме того, органические компоненты клея выделяют летучие соединения, что также негативно влияет на срок службы продукта», рассказывает Хэнд. В его собственной методике весь процесс основан на невероятно кратких лазерных импульсах. Каждый импульс длится всего несколько пикосекунд. «Чтобы понять, как это мало – сравните обычную секунду с временным промежутком в 30 000 лет!» — поясняет он.
Предназначенные для сварки детали располагаются в тесном контакте, а лазер фокусируется через оптику, чтобы обеспечить маленькую область действия и высокую интенсивность на границе стыка. Так, во время испытаний пиковая мощность составила один мегаватт – и это на площади всего в несколько микрон. Так внутри области расплава возникает микроплазма, крошечная сфера-молния, которая и сплавляет материалы. Швы были испытаны на прочность в диапазоне от -50 ° С до 90 ° и остались невредимыми – это отличная гарантия того, что они не подведут в экстремальных условиях, таких как открытый космос.