光学 精密工程
2023, 31(20): 2986
1 中国国家博物馆, 北京 100006
2 金属文物保护国家文物局重点科研基地(中国国家博物馆), 北京 100006
二十世纪七十年代在对铁器进行保护修复时, 文物保护修复人员根据器物的锈蚀程度对器物进行了清洗、除锈、脱盐、粘接、封护等处理。时隔四十多年, 再次审视和查看当年保护修复过的四件铁器时, 为了更科学地了解当时使用的保护修复材料的现状, 本工作采用傅里叶变换显微红外光谱(Micro-FTIR)和热裂解气相色谱-质谱(Py-GC/MS)分析了铁器上的保护修复材料: 粘接剂和封护剂。显微红外非常适合分析微量有机物。Py-GC/MS在分析样品时无需对样品进行前处理, 可直接对样品进行热裂解分析;该方法操作比较简单、灵敏度高、能实现多组分混合有机样品识别, 非常适合用于评价文物上的混合有机材料。该工作既能为铁器上文物保护修复材料的现状提供科学评价方法, 也为评价过去使用过的保护修复方法、铁器的长久保存提供重要的指导。
铁质文物 粘接剂 封护剂 傅里叶变换显微红外光谱 热裂解-气相色谱/质谱 Iron artifacts Adhesive Sealing materials Micro-fourier transform infrared spectroscopy Pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry
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
3 温州大学激光与光电智能制造研究院，浙江 温州 325105
碳纤维复合增强材料（CFRP）作为一种力学性能优异的新材料，已经成为航空和汽车轻量化领域的优选材料。因此实现CFRP与铝合金的高强度连接是提升CFRP与铝合金复合结构件整体强度的关键。提出了一种激光阶梯扫描制备倒钩阵列的方法，并将该方法与硅烷表面改性相结合，实现了铝合金与CFRP接头的高强度连接。实验结果表明：激光阶梯扫描制备的倒钩阵列大大增强了胶接界面之间的机械互锁效应，进而增强了接头强度。硅烷偶联剂改性后铝合金与黏结剂之间出现了硅烷过渡层，接头强度得到进一步提升。与砂纸粗化处理相比，激光处理后强度提升了24.6%，达到16.7 MPa，硅烷改性后强度得到进一步提升，达到17.4 MPa。
激光技术 脉冲激光器 激光材料加工 碳纤维增强塑料 胶接接头 拉伸剪切强度 中国激光
2023, 50(12): 1202203
武汉科技大学, 省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室, 武汉 430081
为了提升磷酸盐胶黏剂的耐高温性能, 以自制的磷酸二氢铝为基体, 纳米Al2O3、Si粉和低温熔融玻璃粉(Zn-B-Si-Al-R)等为填料, 制备出一种新型磷酸盐粘结剂, 并对其界面反应机理进行了分析。结果表明: 当Fe2O3、ZrO2、CuO的添加量分别为5%、10%、15%(质量分数)时, 粘结剂在500 ℃的高温拉伸强度为5.28 MPa, 质量损失率仅为7.8%。从室温至500 ℃, 粘结剂与不锈钢基体热膨胀系数匹配良好, 两者的差值始终小于1.5×10-6 K-1。同时, 电势差异促进了Fe与Cu的离子交换, 在界面处形成成分梯度层, 有效缓解因热失配而产生的热应力, 提高粘结剂在高温下的粘结强度。
磷酸盐粘结剂 热处理 耐高温强度 界面反应 phosphate adhesive heat treatment high-temperature strength interface reaction
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 陕西理工大学机械工程学院, 陕西 汉中 723001
为了解决恒温条件下光学部件粘接用微厚胶层凝固应力无法定量获知的难题, 设计了一种微厚胶层恒温固化状态动态监测系统。首先通过微厚胶层恒温凝固应力产生机理及影响因素分析, 确定了微厚胶层恒温固化状态动态监测系统的工作原理, 制定了胶层固化状态监测系统的总体方案; 然后设计了各功能模块的关键部件结构, 对其支撑结构的刚度、挠度和形变进行详细计算与有限元分析, 并建立基于装配方向图的整机装配模型; 最后对所设计系统的性能进行实验验证。结果表明: 经过优化后的监测系统设计合理, 带45°支撑角的U型结构整体刚度较初选7型结构提高了84%, 使用该系统监测并获得了两种胶层固化阶段的状态特征和应力方向及数值, 应用效果良好。该研究为微厚胶层的固化原理提供了理论参考, 使恒温状态下微厚胶层固化状态实测成为可能。
微厚胶层 凝固应力 固化状态 监测系统 优化 slightly thick adhesive layer curing stress curing state monitoring systems optimization
1 中国人民公安大学侦查学院，北京 100038
2 公安部物证鉴定中心，北京 100038
3 清华大学低维量子物理国家重点实验室，北京 100038
胶带是犯罪现场常见的作案工具，胶带上留有的指印等物证有重要意义，然而现场发现的胶带通常会相互重叠粘连或者粘附在其他客体上，因此胶带粘面上指印的无损提取一直是刑事技术领域的难题之一。基于此，提出了一种基于光学相干层析（OCT）技术显现胶带粘面潜在指印和分离多层胶带重叠指印的方法。采用自主搭建的频域OCT系统对3种情形下隐藏在胶带粘面的潜在指印进行检测，通过可视化处理获取指印的二维截面图像、en face横截面图像、三维渲染图像并分析其产生机理。结果表明，OCT技术不但可以实现对单层胶带粘面上潜在指印的快速无损显现，而且可对多层胶带上重叠指印进行分离，同时能够消除多色背景图案的干扰，指印细节特征的质量清晰、数量充足。通过3D渲染可以观察到汗孔等三级特征的分布信息，为指印显现提供了新的技术和方法。
成像系统 光学相干层析技术 指印显现 胶带粘面 潜在指印 重叠指印 无损检验 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0611002
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210430
1 烟台大学化学化工学院, 烟台 264005
2 山东正诺无损检测有限公司, 淄博 255000
3 烟台大学能源管理中心, 烟台 264005
搪玻璃是一种在金属表面喷涂瓷釉(搪玻璃釉), 经高温搪烧密着而成的复合材料, 既具有玻璃的化学稳定性, 又具有金属材料的硬度大、强度高等优良特性, 同时表面光滑易清洗, 因此在化工、医药等行业广泛应用。搪玻璃性能取决于搪玻璃釉的成分, 搪玻璃釉包括基体剂、乳浊剂、助熔剂、密着剂等, 其中助熔剂中含有低熔点物质, 能够降低熔化温度, 破坏搪玻璃釉连续的网络结构, 形成新分子键, 进而改良搪烧工艺; 密着剂能够与金属基体发生化学反应, 增强搪玻璃釉和金属基体的结合强度, 进而提高力学性能。本文简要介绍了搪玻璃釉中的各类助剂, 着重叙述了助熔剂和密着剂的组成及作用机理, 为今后设计搪玻璃釉及提高搪玻璃设备性能提供了参考依据。
搪玻璃 助熔剂 密着剂 组成 作用机理 搪玻璃釉 glass lining flux adhesive composition action mechanism glass-lined glaze
在某些类型装备的修理过程中，需对装备进行分解，更换故障件后再进行装配。这类装备在生产时使用了多种胶黏剂，修理时需将密封胶清除干净并在装配时重新封胶。已有的修理工艺均采用人工除胶，清除效率低且除胶效果一般。激光清洗技术是一种新型表面清洗技术，具有清洗效率高、清洗精度高等特点，已广泛应用于金属材料表面氧化物清洗、飞机蒙皮清洗、半导体晶圆清洗等领域。对激光清洗技术在某些类型装备修理中应用的可行性进行了研究，对比了不同基底材料、不同胶黏剂类型、不同激光脉冲能量的清洗效率及清洗效果。结果表明，激光清洗技术可清洗金属、玻璃等表面的胶黏剂，但会对木材、电路板等基底材料造成不可逆的损伤。
激光光学 激光技术 激光清洗 胶黏剂 装备修理 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1714010
