1 江南大学 理学院， 江苏 无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心， 江苏 无锡 214122
为研究金属Al保护、单周期及双周期增强反射膜在5ns脉宽的532nm激光器下的激光损伤阈值（LIDT），采用Comsol软件进行仿真及分析，仿真过程引入SiO2和Ta2O5的拉伸强度（膜层断裂应力）作为阈值条件，得到三种膜系的损伤阈值分别为0.318J/cm2、1.325J/cm2和3.382J/cm2，通过搭建实验平台进行激光阈值测试，采用1-on-1模式，选取50%概率的激光损伤点作为损伤阈值，测得激光功率分别为0.288J/cm2、1.232J/cm2及3.152J/cm2，与仿真结果较为接近，说明采用拉伸强度分析的该类模型更符合实际损伤，为此类膜系在实际应用中阈值的预测提供了理论基础。
反射膜 激光损伤 拉伸强度 reflective films laser induction damage tensile strength
1 西北工业大学 航空学院，陕西 西安 710072
2 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
为了研究以激光为热源开展材料高温力学性能测试的可行性，建立理论模型与数值模型，分析了材料在双面均匀激光光斑加热下的表面及内部温升。结果表明，理想情况下采用均匀化激光双面辐照的加热方式可以在试件加热区域内形成较均匀的温度场。为验证上述结论，建立了光斑匀化度达92%的激光双面辐照热力耦合测试试验平台，并基于相关测试方法获取了传统加热方式难以快速加热的CFRP层合板高温拉伸强度。结果表明，试件在激光加热中心测试区域（10 mm×10 mm）内的温度均匀性良好。试件在均匀化激光双面辐照下可被快速加热至923 ℃，测试区域内的最大温度波动为6.8%。文中提出的基于均匀化激光双面辐照的热力耦合测试方法相比传统测试方法具有通用性好、温升率高、测试温度高、测试效率高等一系列的优点。该研究可为进一步研制通用型材料/结构高温升率、高温力学性能试验系统提供关键技术支撑。
双面辐照 均匀激光 高温 拉伸强度 CFRP double-sided irradiation uniform laser high temperature tensile strength CFRP 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220329
国防科技大学 空天科学学院, 新型陶瓷纤维与及其复合材料重点实验室, 长沙 410073
高结晶近化学计量比SA型SiC纤维以其优异的耐温性, 在新一代航空发动机和高超声速飞行器等领域得到广泛应用。对比国产第二代SiC纤维(F-II), 本工作研究了第三代SA型SiC纤维(F-III)高温热处理前后的微观结构演变和拉伸强度及断裂行为。结果表明, F-III纤维主要由β-SiC晶粒(~200 nm)和少量游离碳组成, F-II纤维则由β-SiC晶粒(~5 nm)、游离碳和SiCxOy无定形相组成。与F-II纤维相比, F-III纤维具有更大的晶粒尺寸与孔隙, 室温下的拉伸强度较低。但经1800 ℃热处理后, F-III纤维结构和强度基本保持不变, 而F-II纤维由于发生了SiCxOy相的分解和晶粒长大, 强度明显降低。SA型SiC纤维的耐高温性能优异, 可归因于纤维组成结构上的高结晶、大晶粒和低碳氧含量。
SiC纤维 高温热处理 微观结构 拉伸强度 SiC fibers heat treatment microstructure tensile strength
1 温州大学 激光加工机器人国际科技合作基地，浙江 温州 325035
2 中国民用航空飞行学院 航空工程学院，四川 广汉 618307
在航空飞行器的碳纤维复合材料(CFRP)结构件损伤修复时，挖补胶接技术是获得高性能的CFRP层合板接头的理想工艺。本文提出一种CFRP层合板的多梯层挖补胶接接头设计策略，设计了挖补胶接接头阴阳膜构建和分层切片激光三维雕刻扫描工艺代码生成算法，探索了CFRP梯层界面的激光烧蚀成型工艺规律和粘结性能改善机理，验证了胶接接头拉伸强度和冲击韧性的有效提升，接头失效方式符合所设计的粘接剂失效，提供了一种高自动化、柔性化的航空、航天、交通等领域CFRP构件的高性能挖补胶接接头设计和制备方法。
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
聚酰亚胺(PI)薄膜因具有优良的热稳定性、良好的机械强度等性能广泛应用于航空航天、微电子等领域，但应用在光学成像方向的报道极少。要将PI薄膜用于成像，对其本身的光学均匀性要求极为苛刻。本文实现了100 mm口径低热膨胀系数抗拉伸PI薄膜的光学均匀性满足瑞利判据，具有了成像领域应用的潜力。除了光学均匀性之外，该PI的拉伸强度为285 MPa，是PMDA-ODA型PI拉伸强度的~2.6倍；热膨胀系数约为3.2 ppm?K-1，可以与Novastrat?905相媲美，比商品化PI薄膜低一个数量级。这些优良的基础性能为进一步改进PI薄膜的空间适应性预留了更大的空间。PI光学均匀性的解决将为其在薄膜衍射光学元件中的应用奠定基础。
成像 低热膨胀系数 拉伸强度 光学均匀性 imaging low thermal expansion coefficient tensile strength optical homogeneity
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
4 空间物理重点实验室, 北京, 100076
热电器件中, 界面可靠性是影响整体稳定和功率输出的关键因素。对于方钴矿(SKD)器件, 热电臂和电极通过扩散阻挡层(DBL)连接。在高温下, DBL与SKD、电极之间会发生反应并生成复杂的界面结构, 导致界面附近的热、电、力学性能发生变化。本研究根据实际界面结构建立了包含微观结构的有限元模型, 并将其用于分析方钴矿基元件的界面应力状态。采用单层模型对DBL材料参数进行了筛选, 发现热膨胀系数(CTE)和弹性模量(E)对第一主应力有显著影响。采用包含界面微结构的多层模型定量模拟了不同老化温度、时间下元件内部的应力分布, 结果表明在SKD/Zr和SKD/Nb中, CoSb2反应层最为薄弱, 随着老化时间的延长, 反应层的厚度增加, 界面应力变大。同时, 元件的拉伸试验结果与计算结果吻合较好, 验证了模型的准确性与可行性。本研究为提升SKD/DBL元件的结构稳定性提供了指导, 同时也为精确模拟多层结构中的应力状态提供了研究思路。
热电元件 扩散阻挡层 有限元模型 拉伸强度 thermoelectric joints diffusion barrier layer finite element model tensile strength
1 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
2 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
3 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
基于超薄玻璃的嵌套式圆锥近似Wolter-I型聚焦望远镜采用环氧树脂胶作为镜片装配的关键粘结材料, 其微米级厚度的胶层粘结强度决定了望远镜的力学性能。文中研究了“超薄镜片-F131环氧树脂胶-石墨”组成的粘结结构在不同固化环境湿度、不同石墨表面粗糙度下的粘结强度。结果表明, 粘结强度随着环氧树脂固化湿度的增加而减小, 随着石墨表面粗糙度的增加而增加。进一步, 通过比较石墨表面层剥离面积比, 确定石墨表面层剥落是造成粘结结构失效的主要形式。最后, 引入B基准值作为粘结强度评价指标, 提高粘结性能评价的准确性和可靠性, 为望远镜装配提供了参考。
嵌套式望远镜 粘结结构 拉伸强度 B基准值 nested telescope bonding structure tensile strength B basis 红外与激光工程
2019, 48(2): 0218001
空军工程大学 等离子体动力学重点实验室, 陕西 西安 710038
针对激光熔覆修复K403镍基高温合金构件组织粗大和力学性能下降的问题, 提出采用激光冲击强化技术对修复区进行表面强化。利用SEM观察不同区域微观组织, 利用显微硬度、残余应力和高温拉伸强度测试研究其力学性能。结果表明, 激光冲击强化细化试样表层晶粒; 强化后, 试样基体区和熔覆区表面硬度分别提高21%和8%, 影响深度约0.8 mm; 激光冲击在试样表层引入约610 MPa且均匀分布的残余压应力, 影响深度层达1.2 mm, 经保温处理后, 应力释放约18%, 但在表面仍残留较大的残余压应力; 激光冲击提高了材料高温拉伸强度约15%, 解决了激光熔覆修复K403镍基构件力学性能下降的问题。
激光冲击强化 K403合金 微观组织 残余应力 拉伸强度 laser shock processing K403 alloy microstructure residual stress tensile strength 红外与激光工程
2017, 46(9): 0906003
1 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 62199
2 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621999
采用水雾化316L不锈钢粉末, 开展选区激光熔化(SLM)成型工艺试验研究, 以期获得高致密度316L不锈钢试样。在层厚50 μm、点间距65 μm的条件下, 研究了激光功率、曝光时间、线间距对致密度的影响, 探讨了体能量密度对第一层表面粗糙度Ra及块体致密度的影响规律。研究结果表明, 单层试验表面粗糙度Ra随着体能量密度的增大而呈减小趋势, 当能量密度大于60.92 J/mm3时第一层表面粗糙度Ra保持在4 μm以下, 其中线间距对单层试验表面粗糙度Ra影响最明显, 随线间距的减小Ra值呈减小趋势; 成型件致密度随体能量密度的增大呈先增大后稳定趋势, 在激光功率200 W、曝光时间130 μs、线间距0.1 mm条件下获得相对致密度98.26%的试样; 能量密度较小导致层与层之间形成小孔、线间距太宽导致形成的间隙和热应力引起的裂纹是影响致密度最主要的原因。采用不同线间距成型, 得到抗拉强度593 MPa, 断后延伸率34.4%, 断面收缩率29.1%的拉伸样件。
选区激光熔化 水雾化316L不锈钢 体能量密度 表面粗糙度 致密度 拉伸强度 selective laser melting water atomized 316L stainless steel volume energy density surface roughness relative density tensile strength
