Nylig har et team av forsker Yang Shanglu fra Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) ved det kinesiske vitenskapsakademiet (CAS) gjort nye fremskritt i laserassistert sammenføyning av heterogene skjøter av metall-karbonfiberkompositter ved FoU-senteret av Laser Intelligent Manufacturing Technology. Teamet brukte en avstembar rektangulær halvlederlaser med flat topp som varmekilde for å realisere sammenføyningen av høyfast stål og termoplastiske harpiksbaserte karbonfiberkompositter, belyst forholdet mellom den termiske grensesnitthistorien til de heterogene materialene, grensesnittformingsmekanismen , og felles ytelse, og fremme en ny type laser varme input prosess strategi. De relaterte forskningsresultatene er oppsummert som "Effekt av termisk grensesnitthistorie på bindingsmekanisme for laserassistert sammenføyning av QP980-CFRTP med justerbar flat-top rektangulær laserstråle", publisert i Composite Structures.
Utviklingen av høyytelses hybridstrukturer med multimaterialsystemer er en økende trend i romfartsindustrien. Karbonfiberforsterkede termoplastiske kompositter (CFRTP) har høy spesifikk styrke og seighet, og kan hybridiseres med metaller for å tilfredsstille både strukturell lettvekts- og kostnadskontrollkrav. På grunn av den enorme forskjellen i fysisk-kjemiske egenskaper mellom metaller og kompositter, er de eksisterende metodene for sammenføyning av forskjellige materialer utilstrekkelige, og det er et presserende behov for å utvikle nye sammenføyningsprosesser med høy kvalitet og effektivitet.
Teamet undersøker den termiske grensesnitthistorien til den laserassisterte sammenføyningsprosessen, analyserer temperaturtilstanden til harpiksmatrisen og dens fukteoppførsel på metalloverflaten, og sammenligner effektene av forskjellige termiske historier for grensesnitt på grensesnittsammenføyningsdefekter, kjemiske sammensetninger, ledd. styrker og feilatferd. Gjennom designmetoden for grenseflate-termisk historikk og laser-termisk inngangsprosessregulering, oppnås den begrensende grensesnitttemperaturen og tilstrekkelig holdetid, noe som hjelper harpiksmatrisen til å smelte og diffundere fullstendig på metalloverflaten, fylle mikroporene ved grensesnittet og fremme kjemisk binding, som resulterer i en høykvalitets fuge med en topplast høyere enn 10 kN og en skjærstyrke høyere enn 22 MPa. De relaterte forskningsresultatene har et bredt spekter av anvendelsesmuligheter innen romfart og andre relaterte felt.
Figur 1. Laserassistert sammenføyningsprosess, ultrarask laseroverflatebehandlingsstruktur og overvåking av grensesnittets termiske historie
Figur 2. Forholdet mellom termisk historie i grensesnitt og harpiksfukting på metalloverflaten
