鼎宏润：玻璃与陶瓷焊接如何塑造现代光学设备？

行业资讯 2025 年 11 月 11 日上午10:15

一道肉眼难以察觉的焊缝，背后是材料科学家与工程师们数十年的智慧结晶。

从高端智能手机的摄像头蓝宝石玻璃盖板，到航天器的红外窗口，再到医疗内窥镜的精密光学组件，玻璃与陶瓷材料的连接技术正悄然推动着多个领域的发展。

这些看似脆弱的材料，通过创新的焊接技术结合后，不仅能承受极端环境，还保持着优异的光学性能。鼎宏润科技将带你探秘玻璃与陶瓷焊接技术如何成就现代光学设备的辉煌。

01 挑战，传统焊接的瓶颈

在光学设备制造领域，玻璃和陶瓷这类透明材料因其优异的光学性能、高硬度和耐腐蚀性而备受青睐。但它们固有的脆性使得加工复杂形状和大尺寸部件成为难题。

传统焊接方法面临两大挑战：界面结合弱导致接头强度不足，以及玻璃/陶瓷与金属之间热膨胀系数不匹配引发的应力问题。

这导致接头容易开裂，产品良率低下。以某航天科技集团的蓝宝石红外窗口封装为例，传统方法的气密试验通过率仅约80%，难以满足高端光学设备的需求。

面对挑战，材料科学家们开发出了多种创新的焊接技术。

超声波钎焊作为新兴的特种连接技术，特别适用于陶瓷和玻璃等难焊材料。河海大学的研究团队已将该技术成功应用于蓝宝石和二氧化硅等材料的连接。

他们通过在钎料中掺杂陶瓷颗粒，实现了良好的热膨胀系数匹配，显著提高了接头强度。

玻璃钎焊同样展现出独特优势。长春工业大学朱巍巍教授指出：“玻璃焊料更适合同种陶瓷的焊接，其热膨胀系数可调，能够在空气中焊接，且成本更低。”

哈尔滨工业大学团队开发的镧系玻璃钎焊工艺，能实现蓝宝石的透明连接，在1100℃条件下焊接的接头剪切强度达到67MPa。

飞秒激光焊接则为光学玻璃提供了精密连接方案。研究显示，飞秒激光脉冲能在零热膨胀系Li2O-Al2O3-SiO2（LAS）透明微晶玻璃上实现高质量焊接，剪切强度高达23.51MPa，同时保持高光学透过率。

这些先进的焊接技术正在革新光学设备制造。

在航空航天领域，超声波钎焊技术已将蓝宝石/Invar合金红外窗口的气密试验通过率从80%提升至95%以上，显著提高了航天器的探测可靠性。

在半导体与光电领域，玻璃焊料使得氮化铝陶瓷加热器和液冷板的可靠连接成为可能，为高功率半导体器件提供了高效散热解决方案。

长春工业大学朱巍巍教授解释道：“在热管理领域用的氮化铝陶瓷液冷板，首先在氮化铝陶瓷表面加工出一些结构，然后再和氮化铝盖板进行玻璃焊接。”

在民用高端设备方面，激光焊接技术使得玻璃与陶瓷光学部件能够实现更小巧复杂的结构设计，满足了消费电子产品对轻薄化和高性能的双重需求。

随着光学设备向更高性能、更复杂结构发展，玻璃与陶瓷焊接技术也呈现出明确的发展趋势。

朱巍巍教授指出了玻璃焊料的三个发展方向：面向高温应用、面向低温连接、面向大面积连接。

在提升焊接质量方面，残余应力控制成为关键。最新研究表明，通过优化超快激光焊接中的熔池空间排列，可以显著降低残余应力集中。

交错排列模式（SMA）使平均残余应力、最大残余应力和残余应力的标准差分别减少了33%、53%和67%，同时提升了约19%的抗拉强度。

智能化焊接系统也正在兴起。基于摄像头的激光焊接系统实现了非接触式、自适应的焊接过程控制，为高质量光学部件焊接提供了新可能。

焊接技术的革新从未停止。在实验室里，科学家们正在研发下一代连接技术——可能是更低温的焊接工艺，减少能源消耗的同时避免材料损伤；也可能是更智能的焊接系统，能自动适应不同形状的玻璃与陶瓷组件。