최근 중국과학원(CAS) 산하 상하이광학정밀기계연구소(SIPM)의 Yang Shanglu 연구원 팀은 R&D 센터에서 금속-탄소 섬유 복합재의 이종 접합을 레이저 보조 접합하는 데 새로운 진전을 이루었습니다. 레이저 지능형 제조 기술. 연구팀은 조정 가능한 평면 직사각형 반도체 레이저를 열원으로 사용하여 고강도 강철과 열가소성 수지 기반 탄소 섬유 복합재의 접합을 구현하고 이종 재료의 계면 열 이력, 계면 성형 메커니즘 간의 관계를 해명했습니다. , 공동 성과를 바탕으로 새로운 유형의 레이저 입열 공정 전략을 제시했습니다. 관련 연구 결과는 Composite Structures에 게재된 "조정 가능한 플랫탑 직사각형 레이저 빔을 사용한 QP980-CFRTP의 레이저 보조 접합의 접합 메커니즘에 대한 계면 열 이력의 영향"으로 요약됩니다.
다중 재료 시스템을 갖춘 고성능 하이브리드 구조의 개발은 항공우주 산업에서 증가하는 추세입니다. 탄소 섬유 강화 열가소성 복합재(CFRTP)는 높은 비강도와 인성을 가지며, 금속과 혼합하여 구조적 경량화 및 비용 제어 요구 사항을 모두 충족할 수 있습니다. 금속과 복합재 사이의 물리화학적 특성의 큰 차이로 인해 기존의 이종 재료 접합 방법은 부적절하며 고품질과 효율성을 갖춘 새로운 접합 공정 개발이 시급합니다.
팀은 레이저 보조 접합 공정의 계면 열 이력을 조사하고, 수지 매트릭스의 온도 상태와 금속 표면의 습윤 거동을 분석하고, 계면 접합 결함, 화학적 조성, 접합에 대한 다양한 계면 열 이력의 영향을 비교합니다. 강점, 실패행동. 계면 열 이력 설계 방법과 레이저 열 입력 공정 조절을 통해 제한된 계면 온도와 충분한 유지 시간이 실현되어 수지 매트릭스가 금속 표면에 완전히 녹아 확산되고 계면의 미세 기공을 채우고 촉진됩니다. 화학적 결합을 통해 최대 하중이 10kN 이상이고 전단 강도가 22MPa 이상인 고품질 조인트가 생성됩니다. 관련 연구 결과는 항공우주 및 기타 관련 분야에 폭넓은 활용 가능성을 갖고 있습니다.
그림 1. 레이저 보조 접합 공정, 초고속 레이저 표면 처리 구조 및 인터페이스 열 이력 모니터링
그림 2. 계면 열 이력과 금속 표면의 수지 습윤 거동 사이의 관계
