一种用于吸收激光能量的薄膜

本发明涉及激光焊接，具体地，涉及一种用于吸收激光能量的薄膜。

背景技术：

1、激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导先工件内部传递，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件融化，形成特定的“熔池”。

2、现有激光焊接技术的一大优点是具有穿透性，在激光焊接过程中，激光可以穿过晶体、玻璃等透明非金属材料，入射到金属材料表面，从而在透明非金属材料和金属材料的表面产生前的热量进行焊接。然而，金属材料的表面经常会对激光焊接过程中采用的激光产生强烈的反射作用，如对nd：yag激光器发出的波长为1.06μm激光，金属表面可以产生80％以上的反射作用。不仅对激光焊接过程的焊接能量有着巨大的损耗，同时强烈的激光反射作用会对激光焊接系统产生一定的破坏作用，会导致透明材料的损坏。

3、目前，主要有三种方法用于提高激光焊接是的红外焊接能量。第一种方法实在金属材料的表面镀制一些高吸收能力的材料，如氧化铜、石墨、多晶钨等，然而这些材料难以获得高质量的膜层，同时当膜层材料厚度增大时，这些高吸收能力的材料的热传导能力会受到影响，影响能量穿透深度从而降低焊接质量。第二种方法是采用双激光脉冲复合焊接的方法，在采用主脉冲对材料进行焊接之前，先利用一个次要的激光脉冲对材料进行预热，增加材料熔融状态的持续时间，从而提高金属在焊接过程中对激光能量的吸收。但是这种方法对金属材料的吸收系数的提高效果也十分有限，使用了这种方法仍然会产生40％左右的反射作用。第三种方法是采用光学干涉薄膜降低激光焊接过程中的激光反射损失，但是工厂条件难以满足光学干涉条件，光学干涉薄膜的膜层厚度和光束方向对光的干涉有较大的影响，导致焊接质量的降低。

4、因此，如何降低红外区域焊接薄膜对激光焊接过程中激光的反射作用，提高材料焊接处光束的能量，一直是激光焊接技术致力解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，提供一种用于吸收激光能量的薄膜。

2、本发明的第一目的是提供一种用于吸收激光能量的薄膜。

3、本发明的第二目的是提供上述薄膜在减少激光焊接过程中激光反射损失中的应用。

4、为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

5、一种用于吸收激光能量的薄膜，所述薄膜包括高折射率层、低折射率层和金属层，其中高折射率层的数量和低折射率层的数量相等；

6、高折射率层和低折射率层间隔层叠形成介质层；所述金属层设置于介质层折射率较低的一侧；所述高折射率层的折射率为2.3～2.7，所述低折射率层的折射率为1.2～1.8。

7、优选地，所述薄膜包括3个高折射率层、3个低折射率层和1个金属层。

8、优选地，所述高折射率层的折射率为2.5。

9、优选地，所述高折射率层的材料为二氧化钛(tio2)。

10、优选地，所述高折射率层的厚度为80～110nm。

11、优选地，所述低折射率层的折射率为1.5。

12、更优选地，所述低折射率层的材料为二氧化硅(sio2)。

13、优选地，所述低折射率层的厚度为140～180nm。

14、优选地，所述金属层的材料为铝、银和/或铝银合金。

15、更优选地，所述金属层的材料为铝。

16、本发明还请求保护上述任一所述的薄膜在减少激光焊接过程中激光反射损失中的应用。

17、穿透式激光焊接一般用于透明材料和衬底材料的焊接，透明材料和衬底材料的焊接面上分别镀有金属预镀层，金属预镀层材料可以为铜(cu)、铬(cr)或其他金属；而金属预镀层材料会对焊接采用的激光有强反射作用，导致焊接过程中激光焊接能量的巨大损耗。将上述薄膜镀在透明材料和透明材料的金属预镀层之间，可以有效降低金属预镀层的激光反射作用，从而实现大幅降低激光的反射率，实现激光反射损失的减少。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、本发明提供了一种用于吸收激光能量的薄膜，所述薄膜包括高折射率层、低折射率层和金属层，其中高折射率层的数量和低折射率层的数量相等；高折射率层和低折射率层间隔层叠形成介质层；所述金属层设置于介质层折射率较低的一侧；所述高折射率层的折射率为2.3～2.7，所述低折射率层的折射率为1.2～1.8。利用本发明所述薄膜进行激光焊接，理论上可以达到0％的激光反射作用，在激光焊接过程中即使由于误差的存在，也可以将激光反射作用控制在8％以内，可以显著提高激光焊接质量，使更小的激光能量穿透透明材料，实现更小激光能量的高质量激光焊接。

技术特征：

1.一种用于吸收激光能量的薄膜，其特征在于，所述薄膜包括高折射率层、低折射率层和金属层，其中高折射率层的数量和低折射率层的数量相等；

2.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜包括3个高折射率层、3个低折射率层和1个金属层。

3.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述高折射率层的折射层为2.5。

4.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述高折射率层的厚度为80～110nm。

5.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述低折射率层的折射率为1.5。

6.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述低折射率层的材料为二氧化硅。

7.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述低折射率层厚度为140～180nm。

8.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述金属层的材料为铝、银和/或铝银合金。

9.根据权利要求8所述的薄膜，其特征在于，所述金属层的材料为铝。

10.权利要求1～9任一所述的薄膜在减少激光焊接过程中激光反射损失中的应用。

技术总结
本发明提供了一种用于吸收激光能量的薄膜，所述薄膜包括高折射率层、低折射率层和金属层，其中高折射率层的数量和低折射率层的数量相等；高折射率层和低折射率层间隔层叠形成介质层；所述金属层设置于介质层折射率较低的一侧；所述高折射率层的折射率为2.3～2.7，所述低折射率层的折射率为1.2～1.8。利用本发明所述薄膜进行激光焊接，理论上可以达到0％的激光反射作用，在激光焊接过程中即使由于误差的存在，也可以将激光反射作用控制在8％以内，可以显著提高激光焊接质量，使更小的激光能量穿透透明材料，实现更小激光能量的高质量激光焊接。

技术研发人员：陈书汉,张海宁,邓定南
受保护的技术使用者：嘉应学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12