Сварить стекло с металлом? Невозможно!.. Так казалось ещё недавно. Но исследователи из Университета Хериота-Уатта в Шотландии решили эту задачу с помощью пикосекундного лазера.
Поясним, в чём собственно состоит трудность: температура плавления практически любого металла существенно выше той, при которой стекло превращается в текучую жидкость. В результате, когда алюминий, не говоря уже о стали, начинает плавиться в районе шва, стеклянная поверхность оказывается безвозвратно разрушенной. К тому же у стекла и металлов очень разная способность к тепловому расширению, что тоже затрудняет сварку.
Обычно стеклянные и металлические детали скрепляют между собой с помощью клея. Однако такое соединение не слишком прочно, и со временем они могут сместиться относительно друг друга. К тому же многие клеи постепенно разлагаются, опять-таки нарушая прочность шва, да ещё и выделяя вредные вещества в окружающую среду.
Авторы разработали и испытали технологию сварки металлов (алюминия, титана и нержавеющей стали) с прозрачными материалами (боросиликатным стеклом, кварцем и сапфиром).
Ключевым звеном здесь является инфракрасный лазер. Он излучает серию импульсов, продолжительность которых измеряется пикосекундами (это триллионная часть секунды). Любопытно, что прозрачный материал выполняет роль линзы, фокусирующей излучение. В результате на границе между материалами возникает очень маленькое (несколько микрометров) пятно, на которое приходится огромная мощность в миллион ватт.
В итоге оба вещества испаряются, превратившись в микроскопическое облако плазмы. А когда луч перемещается в другую точку, "горячее пятно" остывает, и два материала оказываются крепко сваренными.
Сварные швы были протестированы при температуре от -50 °С до 90 °С и доказали свою прочность.
Инженеры надеются, что новшество найдёт применение в аэрокосмической, оборонной и медицинской промышленности. Сейчас команда работает над коммерческим вариантом технологии.
Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о быстром 3D-принтере на основе наночастиц и лазера, а также о том, как лазерное излучение превращает углеродные нанотрубки в алмазы.
