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[有源植入] 金属激光焊接在医疗器械领域中的应用

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植入式医疗电子设备,如心脏起搏器、植入式心电图机和神经刺激器( 脊髓刺激器、脑深部刺激器和植入式人工耳蜗等),用在人体内部管理和治疗身体的生理状况,例如心律、慢性疼痛、帕金森症或者严重的耳聋。过去的十年里患者们为提高生命质量使植入式医疗电子设备的使用率以双位数的速度快速增长。这些植入式电子设备通常由微电子电路和提供能量的电池组成。为了保护微电子电路和电池,需要将其密封包装在金属壳内。如若失去密封, 体液能直接渗入到金属包装中导致微电子电路的短路失效从而危及患者的生命。2 i4 z" y: `& @- q
激光焊接技术是植入式医疗器械最常用的连接和密封技术。植入式医疗器械的金属外壳一般采用钛和钛合金,但是钛在高温下有强烈的吸氢、氧、氮的能力,因此激光焊接过程需要在惰性气体密封的环境中进行。2005 年Li 等[2] 发表了关于封焊过程中惰性气体含量问题的论文,研究表明在惰性氩保护气体中加入10% 的氧后,商业纯(CP) 二级钛焊缝硬度从242 HV 增加到373 HV。此外,在装置内密封惰性保护气体,可提高焊接设备的可靠性。因此,通常用惰性气体控制的环境来进行激光密封焊接,而湿度、氧气或氮气需要控制在较低的水平。
6 \3 E5 d! M4 E5 T: Z; I+ \/ J2 W- V激光焊接中,激光能量的控制对焊接质量起着至关重要的地位。激光照射金属表面,开始时会将 60% ~ 80% 的激光能量反射掉,而随着温度升高,金属对激光能量的吸收率会逐渐提高,达到沸点时,可以吸收接近90% 的能量[3]。3 I: j. O7 D6 b+ m
2008 年黄德群[4] 根据钛合金对激光的吸收规律,采用如图1(a) 所示的激光脉冲波形,在脉冲的后续波形中,逐渐降低脉冲能量的比例,以最小的热量维持焊接的持续性,得到的焊点均匀重叠如图) N" p' t, ], T6 L, Z  U

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