脉冲激光改性碳纤维复合材料及其金属化研究

目的选择性地实现碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)表面良好的导电性,满足它在共形天线上的应用。方法采用波长为1064 nm的纳秒脉冲激光器对惰性极高的CFRP表面进行表面改性处理,并结合化学镀铜技术,制备激光改性碳纤维复合材料表面金属层。利用扫描电镜、X射线光电子能谱仪对改性后的材料表面进行表征,利用焊点拉脱方法表征金属层结合力。结果研究表明,激光能量密度越高,则CFRP基材表面树脂被去除得越多;激光搭接率越大,则碳纤维束表面越粗糙;在适当的激光能量密度(60 J/cm^(2))和横/纵向搭接率(50%)下,会产生大量的极性化学基团。当激光能量密度为10~100 J/cm^(2)、激光搭接率为0%时,CFRP表面镀铜层的结合强度为0.57~3.16 MPa,且激光能量密度与镀层结合强度呈正相关。当激光能量密度为60 J/cm^(2)、激光搭接率为−100%~90%时,CFRP表面镀铜层的结合强度为0.19~3.24 MPa,且激光搭接率与镀层结合强度呈正相关。结论脉冲红外纳秒激光在一定能量密度和搭接率的条件下,可改变碳纤维表面形貌、化学成分,实现金属层的制备。

基于外加热激励源的中红外激光辐照VO_2薄膜温升研究

VO_2薄膜在中红外激光防护领域有着重要意义。为研究中红外激光辐照VO_2薄膜的温升累积效应及克服中红外激光器功率过小的困难,设计了一种外加热激励源的实验方法。首先利用ANSYS软件对中红外纳秒脉冲激光在不同激励源温度和不同功率密度下辐照VO_2薄膜的温升累积进行仿真,并做了实际验证。研究发现,随着外加激励温度的升高,可在一定时间(100s)内达到VO_2相变温度的激光功率密度逐渐减小,通过增加功率密度,也可以进一步降低相变所需的激励源温度。两者均提高了VO_2薄膜的温升速率。然后在激励源温度为40℃、中红外激光功率密度为1 W/mm^2的条件下研究了中红外纳秒脉冲激光参数对VO_2薄膜的温升累积效应,结果表明,增加激光脉宽、增加重频或光斑半径均能有效增加VO_2薄膜的温升速率。

纳秒激光焊接紫铜与不锈钢工艺研究

采用纳秒红外激光器对超薄铜片/不锈钢异种材料进行焊接工艺研究。通过对激光功率、脉冲宽度、焊接速度三因素进行正交试验。结果表明,直径为1 mm的焊点最大剪切力可达18.7 N,参数为功率80 W,脉冲宽度100ns,焊接速度60mm/s。通过对焊点切片分析可知,焊接区域由多条焊缝组成,熔深一致性较好,上层紫铜材料嵌入下层不锈钢内部,下层不锈钢材料部分嵌入上层铜内部,形成"铆接"结构,增加了焊缝接头强度。