1.本发明属于异质材料的封接技术领域，具体涉及一种添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法。
背景技术：
2.玻璃与金属的封接体具有许多重要的性能，是现代制造业中重要的关键零部件，在国防、军工、日常生产和生活中扮演着十分重要的角色。玻璃与金属的封接多利用复合胶条密封，或利用槽铝丁基胶和聚硫胶密封，实现玻璃与金属的封接是通过玻璃与密封条、玻璃条粘接、密封。或者对金属表面进行氧化，形成一层氧化膜之后，于保温炉中，在高温条件下，长时间保温，实现玻璃与金属的封接。由于封接的时候温度高、保温时间长，不仅对玻璃与金属的性能有损伤，同时对生产效率和质量的控制也非常不便。申请号为cn201611206465.8的发明专利公开了一种玻璃与可伐合金的激光封接方法及封接体，同样是基于在玻璃与金属之间引入了一个过渡层而实现的封接。但是并不能完全解决玻璃金属连接接头在焊后产生巨大的残余热应力问题，使得接头强度达不到预定标准。因此，仍需要一种便捷、可靠的封接手段来实现玻璃与不锈钢的封接。
3.ag-cu-ti或者ag-cu是玻璃(陶瓷)与金属进行封接是常用的一种钎料，但是封接的时候很容易生成脆性的金属间化合物，这样在热循环的作用下，脆性金属件化合物就会迅速的便薄且开始变得不均匀和不连续。同时常规的ag-cu或者ag-cu-ti焊料得到的玻璃与金属封接体中存在较大的应力，只适合在常温条件下工作，否则就往往会导致裂纹的存在。所以要提高玻璃与金属封接体的服役性能，尤其是在温度差较大的条件下，从本质上就是组织元素的扩散和防止形成脆性的金属间化合物以及较少由于材料热膨胀系数的差异所造成的应力破坏。这样就可以提高其机械性能和在热循环条件下服役的热稳定性。
4.在钎料中，由大量的活性元素广泛的应用于金属与玻璃(或陶瓷)的钎焊，如cu基钎料、ag基钎料等。其中的元素ti可以同玻璃(或陶瓷)反应形成一层具有金属特性的反应层，从而实现钎料同玻璃之间良好阿结合。然而，要制备出可以在温度波动比较打的条件下进行服役的玻璃与金属的封接体仍然面临着巨大的挑战。由于玻璃和金属之间热膨胀系数的差异而导致形成非常有害的残余应力集中。众所周知，热循环对残余应力的影响非常大。当温度变化剧烈的时候，残余应力就会迅速的累积增长。高的残余应力就会成为裂纹源和裂纹扩展的途径。由此恶化了封接接头的机械性能，从而造成封接头的失效。同时活性元素还有同基材的相关元素形成脆性金属间化合物的强烈倾向，如同fe、ni等元素极易形成脆性金属间化合物。如研究发现，在al2o3/ag-cu-ti/kovar(可伐合金)进行钎焊的时候极易形成脆性的fe2ti和ni3ti金属间化合物，这一脆性金属件化合物的形成对接头的机械性能是非常有害的，尤其是fe
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tiy相的形成直接回导致裂纹的形成，甚至直接导致接头的失效。由于脆性金属件化合物的形成所造成的损失通常在热冲击或温度循环条件下会进一步的恶化。
5.由上述可知，要提高玻璃与金属封接体在热循环载荷下的稳定性，采用中间层来
释放应力和减少脆性金属间化合物的形成，是行之有效的解决方案。显然，优化钎料化合组成、形成梯度材料、并减少或防止脆性金属件化合物的形成是一个极佳的解决途径。
6.鉴于ti是极易同玻璃形成具有金属特性的化合物，而ti在同时还极易同金属中的fe、ni等形成脆性的金属间化合物，这就使得常用的ag-cu-ti钎焊料在玻璃与金属封接体中形成脆性的金属间化合物。为了防止脆性金属间化合物我的形成，于是我们在ti与金属之间添加一层钎料层形成阻挡层，使ti与集体金属之间由于阻挡层的存在而不易或不能形成脆性的金属间化合物，这样就有可能进一步的提高玻璃与金属封接体的耐热循环载荷的性能。由于传统的钎料是直接由ag-cu或者ag-cu-ti所组成，这一钎料属于具有金属特性的化合物，其优点是可以同玻璃或陶瓷结合，但会不可避免地同基体金属中地fe、ni形成脆性地金属间化合物。
技术实现要素：
7.本发明旨在解决上述问题，提供了一种添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法，能够有效提高玻璃与不锈钢之间的封接头的强度。
8.按照本发明的技术方案，所述添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法，包括以下步骤，
9.s1：根据待封接的玻璃和不锈钢的尺寸、形状，设定加工轨迹，并进行焊接夹具准备；
10.s2：对待封接的玻璃和不锈钢进行封接净化预处理操作；
11.s3：将焊料均匀喷洒或者放置在不锈钢待封接的一侧，在所述焊料上放置ti箔片或者喷洒ti粉末(ti)；所述焊料为ag-cu-sn粉末或ag-cu-sn箔片，所述ag-cu-sn粉末或ag-cu-sn箔片中按原子百分比分数计包括如下组分：ag-42.44at％cu-7.56at％sn；
12.s4：将待封接的玻璃放置于配置好ti和焊料的不锈钢上，保证待封接的玻璃与不锈钢紧密接触，形成待封接体；
13.s5：利用夹具夹持所述待封接体，设定激光器激光加工参数，激光器按照步骤s1设定的加工轨迹对玻璃与不锈钢的交界处的焊料进行激光照射，制得玻璃-不锈钢封接体；
14.s6、拆除焊接夹具，完成整个激光封接操作流程。
15.本发明中使用的钎料组成为ag-cu-sn，而将ti组为单独地一个钎料焊接层，ag-cu-sn在金属基体和ti之间形成阻挡层，来避免ti与基体之间形成脆性的金属间化合物。同时sn的原子半径同fe还非常接近，极易互溶，不会形成脆性相，同时sn与ti以及玻璃之间均不易形成脆性的金属间化合物，只是以固溶的方式存在。因此本发明提出的使用ag-cu-sn作为钎料以及使用ti作为过渡层来进行玻璃与金属的封接，能够进一步提高金属与玻璃封接体的性能，尤其是耐热冲击的性能。
16.进一步的，所述步骤s2中，封接净化预处理操作包括：
17.对待封接的不锈钢进行脱脂、去油处理后载进行氧化处理；
18.对待封接的玻璃进行清水洗净，然后冷却风干。
19.进一步的，所述焊料的厚度为20-100μm。
20.进一步的，为保证均匀铺设，所述ag-cu-sn粉末的粒径为5-50μm。
21.进一步的，所述步骤s3中，所述焊料为ag-cu-sn粉末时，在焊料上放置ti箔片；
22.所述焊料为ag-cu-sn箔片时，在焊料上放置ti箔片或者喷洒ti粉末；
23.即ag-cu-sn和ti在放置的时候，可以同时为箔片，但不能同时为粉末。
24.进一步的，所述ti粉末的粒度小于10μm，纯度大于99.7％。
25.具体的，所述ag-cu-sn粉末或ag-cu-sn箔片以及ti粉末或者ti箔片具有金属光泽，不需要进行氧化处理。
26.进一步的，所述ti粉末或所述ti箔片的厚度为10-30μm。
27.进一步的，所述步骤s5中，激光器采用波长为800-1100nm。
28.进一步的，所述步骤s5中，激光器加工参数为激光扫描速度80-160mm
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，激光功率80-160w，脉冲宽度1.5-3.0ms，频率为5-10hz，扫描次数为1-3道。
29.进一步的，所述步骤s5中，激光照射在保护气氛中进行；具体的，所述保护气氛为氦气或氩气，优选为氩气。
30.本发明的另一方面提供了上述激光封接方法制得的玻璃-不锈钢封接体，所述玻璃-不锈钢封接体玻璃、不锈钢以及设置于所述玻璃与不锈钢的边缘之间的封接用的焊料和钛。
31.本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明封接过程中在玻璃和不锈钢之引入焊料的同时引入了ti作为功能梯度材料，有效减少了玻璃与金属之间热膨胀系数差异过大造成的不匹配和物理性能差异造成的应力释放问题和裂纹的萌生敏感性，降低了他们之间的热应力和界面压力，并提高了金属与玻璃封接体耐热冲击和热循环的容许极限。
具体实施方式
32.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
33.实施例1
34.s1：以8
×
20
×
4mm的视窗玻璃样品作为待封接玻璃，以10
×
25
×
1.5mm的不锈钢钢板作为待封接不锈钢，设定加工轨迹，并进行焊接夹具准备；
35.s2：对待封接不锈钢进行脱脂、去油处理后在进行氧化处理；对待封接的玻璃进行清水洗净，然后冷却风干；
36.s3：以厚度为20μm左右的ag-cu-sn箔片作为焊料，放置在待封接不锈钢的一侧，在焊料上再喷洒厚度为11μm的ti粉末；其中，ag-cu-sn箔片按原子百分数计包括如下组分：ag-42.44at％cu-7.56at％sn，且具有金属光泽，不需要再进行特殊处理；ti粉末的纯度为大于99.7％；
37.s4：将待封接的玻璃放置于配置好ti和焊料的不锈钢上，保证待封接的玻璃与不锈钢紧密接触，形成待封接体；
38.s5；焊接夹具按照要求将步骤s4中的待封接体进行夹持，做好激光封接准备；
39.s6：采用波长为1064nm的光纤激光器，设定该光纤激光器的激光加工参数为：激光扫描速度100mm
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，激光功率110w，脉冲宽度1.5ms，频率为7hz，扫描次数为1-3道；
40.激光器按照步骤s1设定的加工轨迹：扫描长度为78mm(x方向)和18mm(y方向)，在氩气的氛围中在距离焊料的2mm处，对玻璃与不锈钢的交界处的焊料进行激光照射，在此焊
料起到了“胶水”的作用，制得玻璃-不锈钢封接体；
41.s7：拆除焊接夹具，完成整个激光封接操作流程。
42.经试验测得，采用本实施例的激光封接方法获得的玻璃-不锈钢封接体的抗剪强度可达30mpa。
43.以没有添加ti层的封接体作为对比，进行热疲劳实验，实验方法为，将添加和不添加ti层的封接体同时放进保温炉中进行保温，保温12min后，取出封接体放置在常温下，使用风扇吹冷，吹冷时间为20分钟，待封接体温度变为室温后，放入炉子中继续保温12min中，如此反复进行。其中每进行5次后，对室温下的封接体进行一次着色检查，检查是否有裂纹存在。
44.结果显示，本实施例条件下，在5次循环的时候，没有添加ti层的出现裂纹，封接体失效。而添加ti层的在5次循环的时候没有出现裂纹，在第10次循环的时候才出现裂纹。
45.实施例2
46.本实施例与实施例1的不同之处在于，所采用的ag-cu-sn焊料的厚度为32μm，焊料形态为粉末，其上放置ti箔片，ti箔片厚度为15μm，采用波长为1000nm的nd-yag型激光器，该nd-yag型激光器设定的加工轨迹为扫描长度为78mm(x方向)和18mm(y方向)，且激光参数设定为：激光扫描速度40mm
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，激光功率130w，脉冲宽度2.5ms，频率为10hz，扫描次数为1-3道，并且在距离焊料处1mm处对玻璃和不锈钢进行激光封接操作。
47.经试验测得，采用本实施例的激光封接方法获得的玻璃-不锈钢封接体的抗剪强度可达37mpa。
48.以没有添加ti层的封接体作为对比，进行热疲劳实验，结果显示，本实施例条件下，在10次循环的时候，没有添加ti层的出现裂纹，封接体失效。而添加ti层的在15次循环的时候没有出现裂纹，在第20次循环的时候才出现裂纹。
49.实施例3
50.本实施例与实施例1的不同之处在于，所采用的ag-cu-sn焊料的厚度为45μm，ag-cu-sn的形式为箔片，其上覆盖一层ti箔片，厚度为20μm。采用波长为940nm的半导体激光器，该半导体激光器设定的加工轨迹为扫描长度为78mm(x方向)和18mm(y方向)，且激光参数设定为：激光扫描速度160mm
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，激光功率160w，脉冲宽度1.8ms，频率为8hz，扫描次数为1-3道，并且在距离焊料处3mm处对玻璃和不锈钢进行激光封接操作。
51.经试验测得，采用本实施例的激光封接方法获得的玻璃-不锈钢封接体的抗剪强度可达44mpa。
52.以没有添加ti层的封接体作为对比，进行热疲劳实验，结果显示，本实施例条件下，在20次循环的时候，没有添加ti层的出现裂纹，封接体失效。而添加ti层的在25次循环的时候没有出现裂纹，在第30次循环的时候才出现裂纹。
53.实施例4
54.本实施例与实施例1的不同之处在于，所采用的焊料的ag-cu-sn组分的厚度为70μm，ag-cu-sn的形式为粉末，其上覆盖ti箔片，厚度为25μm.所采用波长为810nm的半导体激光器，该半导体激光器设定的加工轨迹为扫描长度为78mm(x方向)和18mm(y方向)，且激光参数设定为：激光扫描速度163mm
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，激光功率161w，脉冲宽度1.9ms，频率为9hz，扫描次数为1-3道，并且在距离焊料处3mm处对玻璃和不锈钢进行激光封接操作。
55.经试验测得，采用本实施例的激光封接方法获得的玻璃-不锈钢封接体的抗剪强度可达46mpa。
56.以没有添加ti层的封接体作为对比，进行热疲劳实验，结果显示，本实施例条件下，在25次循环的时候，没有添加ti层的出现裂纹，封接体失效。而添加ti层的在30次循环的时候没有出现裂纹，在第35次循环的时候才出现裂纹。
57.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。