近期，中國科學院上海光學精密機械研究所激光智能制造技術(shù)研發(fā)中心研究員楊上陸團隊，在金屬-碳纖維復合材料異質(zhì)接頭激光輔助連接方面取得新進展。科研團隊采用可調(diào)平頂矩形半導體激光作為熱源，實現(xiàn)了高強鋼與熱塑性樹脂基碳纖維復合材料的連接，闡明了異種材料界面熱歷史、界面成形機制與接頭性能的關(guān)系，并提出了新型激光熱輸入工藝策略。
開發(fā)高性能的多材料體系混合結(jié)構(gòu)是航空航天領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。碳纖維增強熱塑性復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(jié)構(gòu)輕量化以及成本控制的需求。金屬和復合材料之間存在物理化學性質(zhì)差異，現(xiàn)有異種材料連接方法存在不足，亟待開發(fā)高質(zhì)高效的新型連接工藝。?? ?
科研團隊探究了激光輔助連接過程中的界面熱歷史，分析了樹脂基體的溫度狀態(tài)以及樹脂基體在金屬表面的潤濕行為，對比了不同界面熱歷史對界面連接缺陷、化學成分、接頭強度和失效行為的影響。該研究通過界面熱歷史設(shè)計方法與激光熱輸入工藝調(diào)控，實現(xiàn)了極限界面溫度和充分保溫時間，有助于樹脂基體在金屬表面的完全熔化和擴散，進而填充界面的微孔，促進化學鍵合，產(chǎn)生峰值載荷高于10kN、剪切強度高于22MPa的高質(zhì)量接頭。
該研究在航空航天等相關(guān)領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。相關(guān)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為題，發(fā)表在《復合材料結(jié)構(gòu)》（Composite Structures）上。
激光輔助連接工藝、超快激光表面處理結(jié)構(gòu)和界面熱歷史監(jiān)測
界面熱歷史與金屬表面樹脂潤濕行為關(guān)系
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