上海光機所在金屬-碳纖維複合材料異質接頭激光輔助連接方麵取得進展

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所激光智能製造技術研發中心楊上陸研究員團隊在金屬-碳纖維複合材料異質接頭激光輔助連接方麵取得新進展。團隊采用可調平頂矩形半導體(ti) 激光作為(wei) 熱源，實現高強鋼與(yu) 熱塑性樹脂基碳纖維複合材料的連接，闡明了異種材料界麵熱曆史、界麵成形機製與(yu) 接頭性能的關(guan) 係，並提出一種新型激光熱輸入工藝策略。相關(guan) 研究成果以“Effect of interfacial thermal history on bonding mechanism of laser assisted joining of QP980-CFRTP with adjustable flat-top rectangular laser beam”為(wei) 題發表於(yu) Composite Structures。

開發高性能的多材料體係混合結構是航空航天領域的發展趨勢。碳纖維增強熱塑性複合材料具有超高的比強度和韌性，與金屬混合應用可同時滿足結構輕量化及成本控製的需求。金屬和複合材料之間存在巨大的物理化學性質差異，現有的異種材料連接方法均存在不足，亟待開發高質高效的新型連接工藝。

圖1.激光輔助連接工藝、超快激光表麵處理結構和界麵熱曆史監測

團隊研究激光輔助連接過程中的界麵熱曆史，分析樹脂基體的溫度狀態及其在金屬表麵的潤濕行為，對比不同界麵熱曆史對界麵連接缺陷、化學成分、接頭強度和失效行為的影響。通過界麵熱曆史設計方法與激光熱輸入工藝調控，實現了極限界麵溫度和充分保溫時間，有助於樹脂基體在金屬表麵的完全熔化和擴散，填充界麵的微孔，促進化學鍵合，產生峰值載荷高於10kN、剪切強度高於22MPa的高質量接頭。相關研究成果在航空航天等相關領域具有廣泛的應用前景。

圖2.界麵熱曆史與(yu) 金屬表麵樹脂潤濕行為(wei) 關(guan) 係

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