这些基材在 355nm处所得到的透射率变化明显取决于0)2激光辐射所产生的温度。这符合如下情况：在 一些实施方式中，界面加热会同时导致膜和玻璃基材的界面处更为有效的吸收。
[0092] 图20是一些实施方式的加热过程中，355nm处的玻璃透射率。参见图20,发现 由于UV辐射形成的色中心会同时存在于膜和玻璃基材中，这会导致辐射区域的额外吸 收。在图20中可以观察到由于所得到的温度增加所导致的355nm透射对于Eagle黑(} #和 Lotus XT:<玻璃基材的影响。温度增加可归因于图19所示的加热作用以及形成色中心的 组合。
[0093] 图21是一些实施方式的UV辐射过程中以及UV辐射之后，对于膜和基材透射率的 影响图。参见图21，第一曲线30表示具有200nm的ZnO膜的Eagle XGk 〇· 6mm基材的透 射率。第二曲线31表示由于355nm激光源以30kHz重复频率的3W/mm2辐射所导致的瞬时 吸收（即，现有吸收顶部的吸收）。该第二曲线31包括由于色中心和温度所导致的诱发吸 收。第三曲线32表示关闭激光辐射之后的诱发吸收，即温度已经恢复到环境状态，并且色 中心已经部分消失。应注意的是，在420nm及以上具有高透射的这些实施方式中，存在部分 永久吸收变化。该效应是由于膜的存在，并且相比于没有膜的裸基材得到明显放大。如第 三曲线32所观察到的那样，膜和基材中的一些变化会是永久的，但是这没有影响可见光透 射。除了这些基于UV辐射效应之外，可以观察到基于单独的膜吸收，会发生所需的温度提 升和熔化，这效应也可通过IR吸收膜实现，如下文所述。因此，如图21所示，一些示例性膜 可展现出于UV辐射的温度和功率密度相关的温度和色中心形成。
[0094] 图22是一些实施方式的吸收vs波长图。参见图22, 一个实施方式包括由基于FeO 的玻璃制造的膜，取决于加工条件，其可以处于2+和3+两种不同氧化状态。该示例性、非限 制性的二氧化硅基玻璃膜具有大于约10-15重量％的FeO,其具有相同比例的FeO和Fe 203。 如图22所示，发现Fe2O3在NIR波长处展现出强吸收，并且还可用TAG激光以1064nm的波 长进行照射。在该情况下，可见光透射小于约0. 02,并且没有危及约420-700nm之间的衰 减。发现l〇64nm处的吸收约为0. 1，示例性膜可以以高于其熔化点的足够激光功率进行加 热并且进行激光焊接。当然，所附权利要求不应受其限制，因为也预期了 IR吸收膜和其他 IR激光的其他例子。
[0095] 图23是Eagle XG <玻璃上的示例性低熔融玻璃膜的激光密封线或粘结线的照 片。图24是Eagle KG+玻璃上的示例性低熔融玻璃膜的交叉激光密封线的照片。图33和 34是一些实施方式中的焊接线的照片。参见图23、24、33和34,显示了不同条件下用UV激 光进行示例性焊接。更具体来说，图23显示在Eagle XG@玻璃上采用1 ^ m厚熔融玻璃膜 的200 μπι激光密封线，以及图24显示在Eagle X炫》玻璃上采用1 μπι厚熔融玻璃膜的两 条400 μ m线的交叉。可以通过改性各基材的界面处的光斑尺寸，来改变焊接、密封或粘结 线的宽度。还注意的是，在实验过程中，在任一情况下（单焊接或交叉焊接情况下），在膜或 基材中都没有形成裂纹。参见图33,可以在Lotus X^r玻璃堆叠中观察到激光焊接线，所 述Lotus XTR:玻璃堆叠在两炔基材中具有I ym低熔融玻璃膜中间物。焊接条件包括IMHz 重复频率、IOW激光功率和100mm/s移动速度，导致190 μ m线宽。参见图34,可以在具有 Iym低熔融玻璃膜的Eagle XGg玻璃堆叠中观察到交叉激光焊接线。焊接条件包括IMHz 重复频率、4W激光功率和200mm/s移动速度，导致80 μ m线宽。
[0096] 图25是一些实施方式的激光焊接过程中观察到的界面接触几何形貌范围的示意 图。参见图25,左侧表示"Ra"范围内存在的界面条件，其中，间隙厚度tf_受到局部表面 粗糙度支配，统计上表征为Ra数，粗糙的平面内空间分布表征为空间相关长度。图25的右 侧表示"污物（dirt) "范围内存在的界面条件，其中，间隙厚度受到通行污物粒度分布 的统计学支配，平面内空间分布受到污物密度分布支配。因此，可以观察到Ra范围内的间 隙厚度取决于玻璃基材表面统计学，范围从低至纳米分数（例如，晶体范围）的超光滑值到 典型市售可得玻璃（例如，钠钙玻璃、硼硅酸盐）的上限范围值的数十纳米。
[0097] 探究激光焊接动力学、扩散焊接蠕动流底下的潜在机制，可以观察到在低至玻璃 基材的熔化温度的一半形成较低温粘结，并且在一些实施方式中可能对接触和压力条件有 要求。大部分基材材料进入间隙的传质以如下方式进行，该方式与高于基材应变点的温度 活化的玻璃热溶胀一致。该材料的移动可以描述为如下各种形式之一：扩散焊接模型中通 常发现的蠕动流，即粘度、塑料或扩散传输过程。虽然这些模型通常用于描述金属焊接，它 们可适用于本发明的情况，采用相对接触面积4/A。的概念，其动力学建立如图26所示。图 26是在施加恒定压力P Mt下，对界面间隙区域进行激光焊接过程中，相对接触面积A的 演变示意图。参见图26,在上部，时间=0,相对接触面积的初始条件AyA。= 0。在中段， 时间大于〇,显示Ayvo的界面间隙区域的中间状态。在底部，时间是预定点α~终点）， 其中，基本完成了焊接或粘结，并且间隙事实上不存在，4/A。~1。形成图26所代表的扩散 焊接界面设想了相对接触面积4/A。的演变，其会聚到形成化学键的距离。可以采用近似方 式来描述这些动力学：
[0099] 式中，k表示常数，p表示压力，η表示压力指数，以及Q表示具体速率控制蠕动流 机制的活化能。η的值可以与速率控制机制以如下方式相关联：对于粘性传质，η = 1 ;对于 塑性流，η = 2 ;对于蒸发/冷凝传输，η = 3 ;以及对于扩散传输，η>3。
[0100] 等式（4)可用作推导工件的某些机械力的指导，因为该表述假定了等温条件。为 了开始该机械探究并且由于其类似于Eagle XGw (软化点：971°C)，可以使用来自低软化 点硼硅酸盐玻璃（700_750°C )的高温蠕动的800-950°C范围的3点弯曲实验研究的参数， 其中，发现对于所有的蠕动阶段，变形行为展现出线性粘弹性，其同时受控于快速蠕动状 况和慢速懦动状况的粘性流。采用快速懦动状况数据（η = 1、Q = 160kJ/摩尔以及k = 0. 00048Pa 1S)，且条件类似于部分激光焊接实验（950°C )，可以评估焊接区域的总有效压 力，在950°C时，P总为600MPa，假定了应用Eagle XG"的标称模量和CTE值为73. 6GPa和 3. lppm/°C，超过标称施加压力约0.1 MPa。该上限估算是基于测得的实验数据，表明基材玻 璃和膜材料在平面界面区域上膨胀和胀大，如图27所示。图27显示采用典型激光焊接条 件，在一个实施方式的激光扫过区域上的轮廓测定仪的痕迹。参见图27,下方示意图表示涂 覆了（Iym膜厚的）单个低熔融玻璃的Eagle XGvg基材，其经受2次连续激光扫描，条件 如下：355nm、30kHz、4mm/s移动速率。图27的上方图像是这两个焊接区域上的单线轮廓测 定仪轨迹，显示升高的几何形貌。
[0101] 即使假定温度固定在950°C，可能要注意的是，在该条件下的粘性流机制是否足以 形成扩散焊接并驱动完成扩散焊接（4/A。~1)。图28为该情况提供了部分观察。图28是 提供了一些实施方式的焊接速率评估的比较的一系列附图。参见图28,可以采用低应变和 软化点硼硅酸盐玻璃蠕动流参数和600MPa的有效焊接压力，基于等式（4)进行焊接速率估 算对比。两幅图的差别仅在于假定了粘性流占优（左图）或塑性流（右图）。回想起约为 〇. 25秒的停留时间在约为6瓦特和30kHz激光重复频率条件下产生牢固激光焊接，粘性流 解释可能是有问题的，并且图28的左图暗示了其他机制，例如塑性流，其也可解释形成牢 固焊接。
[0102] 图29是一些实施方式的偏光测定和图像的示意图。参见图29,可以在靠近界面焊 接粘结处检测由于示例性激光焊接过程所产生的残留应力场。例如，图29的上方显示两块 0. 7_的Eagle jog?玻璃基材（一个内表面涂覆有1 μπι厚的低熔融玻璃膜）之间的激光 焊接附近区域的应力场的偏振测定测量。左上图提供了来自激光焊接的残留应力场的偏振 测定图像，所述激光焊接是通过355nm的UV激光在如下条件下扫描得到的：20mm/s、14瓦 特、200 μ m束宽度以及150kHz重复频率，以及右上图提供该残留应力场的三维透视图。在 图29的下方图中，提供了显示传播应力场以及寻求其相对于激光焊接条件的位置的依赖 性的分析。然后可以估算主流激光焊接条件下，对于传播应力场的位置的影响。但是，分析 模型倾向于将简单结构视作半无限固体或片板。等式（2)显示了对于两层体系的解是多么 复杂，这对于引入依赖于时间的恪体或应力前端（stress front)会快速变得无法处理。一 个熔化模型考虑与散热装置连接的板片，入射激光辐射在表面完全吸收。该模型考虑两种 时间状况：一种状况下，熔化时间小于转换时间（例如，使得板片的背部开始从室温增加所 需的时间），第二种状况下，熔化时间大于转换时间。该模型还设想了用于液体与固体之间 的传播界面的热平衡方程：
?
[0104] 式中的项与等式（2)所用的项相一致，不同之处在于，Z表示熔体前端位置，Ql表 示熔化的潜在热量，并且热流是一维的，光辐射在表面处吸收，以及热材料性质保持相对 于温度是独立的。然后可以同时从具有与热物理参数和激光参数相关的系数的Z和dZ/ dt获得二次方程。为了理解传播应力场的依赖性，可以通过如下方式对传播激光溶体前端 分析模型进行改性：用来自先前的Eagle XGli代替品（其是低应变点硼硅酸盐玻璃，相对 于其有效分子量进行标准化，（160kJ/摩尔）/(0. 266kg/摩尔））的懦动流的活化能替代 Eagle XGk的熔化（熔融）的潜在热量。考虑在焊接过程中没有热量从片板基材的背面消 散的情况，所得到的表达式展现出对于激光和材料性质令人感兴趣的依赖性：
[0106] 式中，Z表示懦动前端位置，1表示基材厚度，Cp表示基材热容量，A表示基材吸收 率，R表示基材反射率，示维持蠕动流所需的相对于环境的传播温度增加（例如，AT ni =Tga )，P表示基材密度，λ表示基材导热率，I。表示激光辐照度（W/m2)以及t表 示时间。
[0107] 功率依赖性如图30所示，从而可以观察到，在焊接过程中简单地增加激光功率可 以诱发更强的应力超过界面区域，过多的能量导致更大的应力。图30提供来自示例性焊接 线的应力位置。参见图30,可以采用等式（6)确定来自示例性焊接线的应力位置，其中，所 采用的参数类似于之前所使用的那些：波长=355nm、束腰=500 μ m、重复频率=30000Hz、 脉冲宽度=l〇ns、vs= 2mm/s、停留时间=0· 25秒、Eagle XGk厚度=〇· 7謹以及T应变 =669°C。图30和等式（6)还提供了对于为何较高应变点的玻璃基材可以导致较高应力 曲线的观察。例如，应力曲线位置Z与△、的平方根成比例，该项又与1' ]3^线性相关。从 这些表述进行实验观察预测的其他尝试不仅受限于所使用的假设，还受限于可以计算的信 息，例如较高CTE材料是激光焊接的。这里发现，低CTE玻璃基材（小于约5ppm/°C )比较 高CTE玻璃（例如钠钙玻璃）更容易进行焊接。这些低CTE基材包括石英、熔融二氧化硅、 Eagle XGk、. Willow和Lotus玻璃基材。在大量实验之后，发现了使得高质量焊接可用于 较高CTE玻璃的合适条件。例如，发现本文所述的实施方式可用于使用1 μπι的LMG膜来 焊接钠钙玻璃（其CTE约为大于或等于9ppm/°C )，而不需要对基材进行任何预加热，更不 用说应变点或退火点。图31是根据一些实施方式的激光焊接的钠钙玻璃的一系列照片。 参见图31，采用非常低激光功率和纳秒脉冲宽度UV(355nm)激光，实现了形成高质量的粘 结。用于这些非限制性所示焊接的激光焊接条件包括：脉冲宽度=1ns、重复频率=5MHz、 功率=1瓦特、约为20 μm的束斑（其导致67 μm的焊接线）以及Vs= 50mm/s。继续参见 图31，使用脉冲、355nm激光来焊接两块0. 7mm厚的钠钙玻璃板，一炔基材具有喷溅的1 μ m 厚的低熔融玻璃膜。前述例子和实验不应对所附权利要求的范围造成限制，因为探究了在 50-400mm/s的激光束移动速率下的2-5MHz激光重复频率以及Ins脉冲宽度。此外，对于 示例性焊接，还探究了低熔融玻璃膜界面处的约为20-70 μπι的激光束斑。在一些实施方式 中，对于约20 μ m的焦斑尺寸以及50mm/s的移动速率，可以观察到示例性焊接线质量。还注 意到这些焊接基材的坚固性，在使得它们经受l〇〇°C持续4小时之后，没有形成任何裂纹。
[0108] 图32是一些实施方式的示意图。参见图32,显示了用吸收薄膜实现激光焊接的示 例性、非限制性工艺，其中，可以将激光热能传递到基材/基材界面40中，从而在预定时间 内获得接近统一的扩散粘结相对接触面积，同时使得任意间接损坏（例如，拉伸应力残留 的空间程度和大小）最小化。该工艺对于较高CTE基材是更为明显的，其中，焊接界面形成 速率快于CTE失配应力界面的形成。因而，在一些实施方式中，可以在焊接界面使用聚焦束 以及较高速度的扫描速率，以实现示例性焊接而不形成任意裂纹。
[0109] 在一些实施方式中，可以采用在入射激光波长λ处发生吸收的膜（优选A% >约 20%)，来实现激光焊接。在其他实施方式中，基材和膜都可在λ处展现出形成色中心。在 其他实施方式中，可以采用温度效应来增加膜和/或基材在λ处的吸收。该示例性温度效 应还可对改善密封或焊接速度起贡献，并且可以降低热影响区（HAZ)以及可以降低蠕动流 的活化能，例如形成共晶体系、合金等。在一些实施方式中，如果要求透明度的话，则可以在 UV中提供带隙，或者在NIR、IR中提供高吸收。其他实施方式可提供这样的焊接，其具有界
。其他实施方式可以包括低激光强度要求，从而使得激光峰值光子通量小于约IO25个光子 /s/cm2并且不包括多光子行为、烧蚀或等离子体产生。
[0110] 虽然描述了一些实施方式采用低熔融玻璃或无机膜，但是所附权利要求不应受到 限制，因为本发明的实施方式可以使用位于两炔基材之间的UV吸收膜、IRA膜和/或其他 无机膜。如上文所注意到的，在一些实施方式中，在示例性基材玻璃中形成色中心不是必需 的，并且其是膜的UV吸收的函数，例如小于约20%。在其他实施方式中，其符合如下情况： 如果膜的UV吸收大于约20%，则替代基材，例如石英以及低CTE基材等可以容易地形成焊 接。此外，当使用高CTE基材时，采用示例性高重复频率激光（例如，大于约300kHz至约 5MHz)和/或低峰值功率，可以容易地对这些基材进行焊接。此外，在膜的吸收是起作用的 因素的实施方式中，可以采用示例性IR激光系统焊接IR吸收（可见光透明膜）。
[0111] 在本发明的各个实施方式中，玻璃密封材料和所得到的层可以是透明和/或半透 明的、薄、不可透过的、"生坯的"，并且构造成在低温下形成密封，具有足够的密封强度来容 纳密封材料和相邻基材之间的CTE差异。在一些实施方式中，密封层可以不含填料和/或 粘合剂。用于形成密封层的无机材料可以不是基于玻璃料的或者在一些实施方式中