采用不同波長(zhǎng)皮秒激光器在碳纖維復(fù)合材料板材上進(jìn)行制孔加工,研究了不同波長(zhǎng)（532,355 nm）、掃描速度（3 000、3 500、4 000、4 500、5 000 mm/s）、加工縫寬（0.4、0.5、0.6 mm）對(duì)加工孔表面熱影響區(qū)、孔錐度、加工時(shí)長(zhǎng)等加工質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:激光波長(zhǎng)越短,加工孔的表面質(zhì)量越好,熱影響區(qū)越小。在5 mm厚的碳纖維板材上加工直徑為3 mm的孔,當(dāng)激光波長(zhǎng)為532 nm時(shí),加工孔邊緣熱影響區(qū)大小為200μm;當(dāng)激光波長(zhǎng)為355 nm時(shí),加工孔邊緣熱影響區(qū)大小為70μm。在不影響加工效率的前提下,一定范圍內(nèi),加工速度越大越好,縫寬越小越好。當(dāng)掃描速度為5 000 mm/s、加工縫寬為0.4 mm時(shí),表面孔邊緣熱影響區(qū)大小僅為33.8μm,其孔徑上下表面差為184.1μm,均為以上所有參數(shù)條件下最好效果。 

【文章來源】：應(yīng)用激光. 2020,40(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

皮秒激光加工系統(tǒng)

碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)是層狀結(jié)構(gòu),其原子排布如圖4所示,其中每個(gè)碳原子間均與其他三個(gè)碳原子相連,包含兩個(gè)C-C鍵及一個(gè)C=C鍵。其中常態(tài)下C-C鍵的鍵能為3.45 eV,C=C鍵的鍵能為6.34 eV。環(huán)氧樹脂的主要結(jié)構(gòu)如圖5所示,可以看出其中主要包含 C-O、C-H、C-C、C=C等化學(xué)鍵,其中C-O鍵鍵能為7.56 eV,C-H鍵鍵能4.30 eV。圖5 環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)

圖4 碳纖維原子排布圖紫外激光為波長(zhǎng) 355 nm,其單光子能量為3.49 eV,高于兩種材料分子主結(jié)構(gòu)中均含有的 C-C 鍵鍵能(3.45 ev)。因此當(dāng)采用 355nm 紫外激光加工 CFRP 時(shí),激光光子能夠直接將碳纖維和環(huán)氧樹脂中的 C-C 鍵打斷,使材料脫離基材,實(shí)現(xiàn)去除目的。因此,在紫外激光加工條件下,材料的去除方式主要是光化學(xué)去除,對(duì)材料造成的熱影響比較小。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]皮秒激光工程應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J]. 季凌飛,凌晨,李秋瑞,吳燕,閆胤洲,鮑勇,蔣毅堅(jiān).  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2014(05)
[2]皮秒和納秒脈沖激光作用于半導(dǎo)體材料的加熱機(jī)理研究[J]. 沈中華,陸建,倪曉武.  中國激光. 1999(09)

碩士論文
[1]基于短脈沖激光的碳纖維材料加工研究[D]. 趙煦.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3435925