碳纖熱塑複合材料激光連接技術研究檢視原始碼討論檢視歷史

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碳纖熱塑複合材料激光連接技術研究「節能與新能源汽車」是「中國製造2025」 十大重點發展領域之一。碳纖維熱塑性複合材料(Carbon Fiber Reinforced Thermal Polymer, CFRTP)具有比強度高、耐腐蝕、抗疲勞、耐熱性好等特點，是輕量化製造的重要材料，在航空航天、新能源汽車領域應用前景廣闊。實現CFRTP材料之間及CFRTP與金屬材料之間高質量的連接是其應用的一個關鍵技術。激光連接技術具有速度快、強度高、振動應力、工藝靈活等特點，在CFRTP與金屬材料連接上較膠結、機械連接等技術具有優勢。

2、技術原理、技術要點

項目通過實驗表明用CFRTP取代鋼體車身，汽車將減重60%，燃油利用率將超過30%。由於受到成型模具的限制，大型複雜CFRTP構件一般通過多個零部件連接而成，而接連接頭部位又往往是整個結構件最薄弱的部分，接頭的質量將直接決定CFRTP構件的疲勞強度和使用壽命。因此，實現CFRTP材料高質量的連接是其工程化應用的關鍵技術之一。 項目研究了界面狀態對CFRTP/不鏽鋼激光連接質量的影響規律，對接頭的連接機理和失效機制進行了分析，同時對缺陷控制工藝進行了探索性研究；在考慮CFRTP/不鏽鋼界面接觸熱導率的基礎上建立了激光連接熱熱效應數學模型，利用有限元方法對連接熱效應進行了仿真計算，分析發現該模型可準確表徵夾具壓力對激光連接質量的影響，較傳統數學模型可有效提高熱效應仿真的準確性。 通過該項目的實施，對CFRTP激光焊接的機理、工藝優化方法、缺陷控制技術進行了較為系統的研究，實現了CFRTP高強度的激光連接。同時，通過工藝創新，可進一步提升CFRTP激光連接的強度。 項目已發表論文8篇，申請發明專利4項。

應用情況及效果   成果尚未應用。CFRTP是一種高性能新型材料，具有比重小、比強度高、耐腐蝕、抗疲勞、耐熱性好等特點，被認為是新能源汽車輕量化的必由之路，在新能源汽車行業的應用必將帶來巨大的經濟效益。

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知識產權、獎項、重要參考文獻 已獲得授權的專利和國家級、省部級、行業獎項等。

（1）已授權專利：

專利號：ZL201610254547.3；專利名稱：熱塑複合材料的焊接方法及其中所用到的摻雜樹脂； 專利號：ZL201611256853.7；專利名稱：全激光複合增材製造方法和裝置； 專利號：ZL201611261849.X；專利名稱：增減材複合製造中的激光封裝方法； 專利號：ZL201710038812.9；專利名稱：液體輔助激光加工方法與裝置； 專利號：201810707106.3；專利名稱：熱塑複合材料的焊接方法；專利狀況：已受理專利； 專利號：201910504733.1；專利名稱：激光制孔方法及激光制孔設備；專利狀況：已受理專利； 專利號：201920876006.3；專利名稱：激光制孔設備；專利狀況：已受理專利；