高硼硅玻璃作为生物微流控芯片或微型泵芯片的基板和封盖,具有良好的绝缘性、光学透过性、机械性能和耐腐蚀和耐高温、抗氧化等优点,因而被广泛应用于航空航天、电工电子、MEMS器件封装等领域。然而,现阶段实现玻璃等透明易碎材料的有效连接一直被科学家和工业领域的制造商视为重大挑战。相比于现有的传统高硼硅玻璃材料连接技术,超短脉冲激光焊接(Ultrashort Pulse Laser Welding,UPLW)具有加工精度高、热影响区小、不易破裂、连接强度高、无需加入中间层、可在透明材料内部空间选择性加工等突出优点,近年来在激光焊接领域受到越来越多的重视。本文采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法,探索超短脉冲激光焊接高硼硅玻璃机理、工艺以及温度场演变规律,主要研究内容如下:(1)系统分析超短脉冲激光与高硼硅玻璃相互作用机理,包括超短脉冲激光在高硼硅玻璃中的非线性传输过程、热传导模型以及高硼硅玻璃对超短脉冲激光的非线性吸收效应如非线性光致电离、雪崩电离和等离子体的自由载流子吸收等机制,为后续工艺研究和数值模拟提供理论依据。(2)设计激光焊接高硼硅玻璃专用夹具,搭建高硼硅玻璃超短脉冲激光焊接平台,开展不同工艺参数下超短脉冲激光焊接试验,研究焊缝区域网络形成体元素扩散迁移和显微硬度分布情况,发现焊接过程中Si和O元素发生扩散迁移现象,这也是焊缝区域显微硬度提高的原因之一;观测焊缝宽度及微观形貌,分析焊缝区域微观形貌对玻璃焊接试样断裂形式的影响,分析发现当高硼硅玻璃焊缝处出现大量粘附物时焊接质量较高。(3)分析激光功率、焊接速度和重复频率对超短脉冲激光焊接高硼硅玻璃焊缝宽度和剪切强度的影响,在此基础上,确定响应曲面分析的工艺参数范围。使用Design-Expert V8.0软件对高硼硅玻璃超短脉冲激光焊接进行多参数试验设计,分析工艺参数(激光功率、焊接速度和重复频率)对焊接质量(焊缝宽度和剪切强度)的交互影响。结果表明激光功率、焊接速度和重复频率对焊接质量的交互影响显著,通过方差分析和典型试验验证所建立数学模型的可靠性,结合满意度函数得出不同优化准则下的最佳工艺参数组合。(4)采用有限元分析软件ANSYS建立超短脉冲激光焊接高硼硅玻璃材料过程瞬态温度场有限元模型,研究焊接过程中温度场分布规律以及不同工艺参数对温度场的影响,发现工艺参数对焊缝宽度的影响规律与试验趋势保持一致,通过对比焊缝宽度的模拟值与试验值,验证数值模型的可靠性。