[发明专利]一种用于碳纤维复合材料的整形超快激光加工方法

说明书

本发明涉及的用于碳纤维复合材料的整形超快激光加工方法中，包括以下步骤：S1、将超快激光加工系统的单脉冲序列变换为双脉冲序列；S2、对纤维试片以及与基体试片，实施双脉冲序列的激光，比较纤维去除阈值Fcb与基体去除阈值Fjb的差值；S3、若差值小于A，则根据纤维去除阈值Fcb和基体去除阈值Fjb，得到纤维试片去除率与基体试片去除率相同时所需的双脉冲入射能量通量F0；S4、设置入射能量通量F0，开始加工。本发明提供了在超快激光加工中能实现碳纤维复合材料均匀去除的方法。

技术领域

本发明涉及超快激光加工技术领域，尤其涉及一种用于碳纤维复合材料的整形超快激光加工方法。

背景技术

先进复合材料因其优良的理化性能、可设计性能等优点，广泛应用于航天、航空、兵器等军工领域和高端汽车、轨道交通等民用装备，其应用深度和广度正随着复合材料制备技术的不断成熟和装备设计性能提升而不断提高。其典型代表是以纤维作为增强或增韧体的碳纤维复合材料。以连续碳纤维增强树脂基复合材料为例，它一般通过单层预浸料经铺层和固化等工艺流程，形成预设厚度的材料或其制品，因此，沿材料厚度方向看，材料介观组织呈现典型的“碳纤维束或布-树脂-碳纤维束或布”交替的层合结构，在材料面内看，也一般为碳纤维束或布与基体材料的交替组织结构。

碳纤维制品在加工流程中通常存在减材质造工艺环节，例如切边、制孔、切群微缝隙，无论采用何种原理的加工能场，其理想效果是将基体材料和作为增强相或增韧相的碳纤维材料均质去除，这是保障加工断面齐整、结构尺寸精密的必要条件。然而，由于基体材料和碳纤维材料一般具有迥异的力学、热学、电学、光学、化学性质，因此，在某一能场作用下，这两种材料对该能场的响应不同，相应的去除特性或最优去除参数一般是不相同的。当采用激光能高能束能场加工时，这两种材料不同组分在介观尺度的去除特性一般是不同的，例如去除阈值、去除率，这造成了去除过程的非均质性，极易造成某一材料过去除而导致出现加工结构形状精度问题和结构边缘的变质问题。

以近红外超快激光加工碳纤维-树脂复合材料为例，碳纤维本征态为强吸光的良导体而树脂为透明或半透明的绝缘体，且二者的汽化点、汽化焓或热导率，均具有数量级的差异，这导致二者一般具有迥异的去除阈值和材料去除率，如果采用传统方法，那么一方面会因为碳纤维和树脂去除阈值的巨大差异而出现树脂和纤维刻蚀宽度不一的情况且由于树脂的多脉冲阈值更低，因此一般树脂层会产生过烧问题，另一方面，由于没有给出该怎样选择加工通量值F的方法，因此当激光束横向依次划过复合材料的“纤维-树脂-纤维”的交替结构时，极容出现刻蚀深浅交替的情况。即在使用超快激光加工时，不能将构成碳纤维复合材料的碳纤维材料和基体材料均匀去除。

发明内容

针对现在有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种

利用时域整形超快激光在具有非均质特性的碳纤维复合材料上实现均匀去除的方法。

本发明提供的用于碳纤维复合材料的整形超快激光加工方法中，所述碳纤维复合材料包括纤维材料和基体材料，

本发明提供的用于碳纤维复合材料的整形超快激光加工方法包括以下步骤：

S1、将超快激光加工系统的单脉冲序列变换为双脉冲序列；

S2、利用所述超快激光加工系统对与以所述碳纤维复合材料的纤维材料的相同材质成的纤维试片以及与以所述碳纤维复合材料的基体材料的相同材质成的基体试片，实施所述双脉冲序列的激光，比较纤维去除阈值Fcb与基体去除阈值Fjb的差值；

S3、若所述差值小于A，则根据纤维去除阈值Fcb和基体去除阈值Fjb，得到纤维试片去除率与基体试片去除率相同时所需的双脉冲入射能量通量F0；

S4、设置所述超快激光加工系统的入射通量为入射能量通量F0，加工所述碳纤维复合材料。