紫外激光辐照对碳纳米管形态的影响

采用波长为355 nm的紫外激光对双壁碳纳米管（DWNTs)长丝进行了辐照实验并用扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱进行了检测。在紫外激光作用下，随着激光线能量的不同，双壁碳纳米管长丝内发生了一定的形态变化。入射激光线能量为103 mW·cm-2/mm数量级时双壁碳纳米管长丝中的变化最为明显。当入射激光线能量在此数量级以下时，双壁碳纳米管中的结构变化较小，主要出现了一些团聚的铁颗粒;激光线能量达到该数量级时，产生了大量铁颗粒，部分双壁碳纳米管转化为碳纳米葱;激光线能量超过此数量级时，铁颗粒减少而碳纳米葱增多，尺寸增大。     

石英玻璃与硅的飞秒激光微连接及其接头性能研究

飞秒激光的低热输入、极小热影响区的特点使其在微纳米尺度材料连接领域有明显的优势。为了将石英玻璃与硅可靠地连接在一起,使用功率为4~30 m W,频率为1 k Hz,波长为800 nm的飞秒激光对石英玻璃与硅进行连接,测试了接头的剪切强度,对接头横截面进行腐蚀处理,观察截面,分析了接头断裂前后的形貌特征,研究了激光参数,如激光功率、扫描速度、聚焦物镜的数值孔径以及离焦量对接头强度的影响规律。实验结果表明,根据焊接工艺的不同,接头强度分布在7~54 MPa之间。将激光准确定位到界面处,在合适的激光功率和扫描速度下可以降低焊缝缺陷,得到剪切强度较高的接头。     

电光源专利新技术

1白炽灯 1．1一种碳纳米管灯丝及其制备方法 110焦前。爱迪生发明灯泡时使用之由电极加热的灯丝是碳丝。由于当时的制作技术，碳丝易烧断且寿命短，故随后发明了钨丝灯丝。在纳米时代的今天，为了解决钨丝发光效率较低的问题，又回到了碳丝。清华大学公开了一项碳纳米管灯丝制备方法（CN1540713A），以开发碳纳米管在电学和光学方面的优异性能，推进碳纳米管的实用化进程。所述灯丝是由单壁或双壁碳纳米管制成的，其制备方法是：在纯化处理后，将单壁碳纳米管长丝或双壁碳纳米管膜放入丙酮或者酒精溶液中充分浸润，然后再将其从丙酮或酒精溶液中取出，待溶液挥发后，双壁碳纳米管膜也自然形成一束致密的碳纳米管长丝。     

聚苯乙烯与钛激光透射连接工艺研究

为了解决激光透射难以实现连接聚苯乙烯与钛的问题,采用氧等离子体处理后的聚苯乙烯与经激光表面处理的薄钛进行了激光透射连接。建立了激光透射连接工艺参量的数学模型,分析了工艺参量对连接强度的交互式影响,得到了优化工艺参量。结果表明,经过处理后的聚苯乙烯与薄钛再进行激光连接时,其连接强度从0.5MPa提高到6.0MPa以上,有效解决了聚苯乙烯与钛的激光透射连接难题;通过优化工艺参量可获得最优的工艺参量组合。该研究为此工艺的工业应用奠定了基础。     

光纤激光加工对Ti6Al4V粘接强度影响的研究

为了在Ti6Al4V表面加工不同的微结构,改变其表面形貌,从而提高其粘接接头的强度,采用纳秒光纤脉冲激光对Ti6Al4V表面进行了微加工,研究了脉冲能量和扫描间距对线阵及网格2种微结构的表面形貌及粘接接头强度的影响。结果表明:当脉冲能量和扫描间距相同时,网格结构比线阵结构能获得更大的粗糙度及表面积;激光加工能有效提高Ti6Al4V粘接接头的强度,线阵结构和网格结构分别在λ=50 %、ψ=100 %,λ=0 %、ψ=100 %时,接头有最大剪切强度,分别为25.2 MPa、 27.2 MPa,与未经激光处理的粘接接头相比,其强度分别提高50.5 %,62.5 %;当脉冲能量和扫描间距相同时,网格结构相比线阵结构更有利于提高接头的强度。该研究对改善Ti6Al4V粘接接头强度具有一定参考意义。     

激光摆动模式对铝/钢焊接接头成形特征及组织、强度的影响

铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。     

2195铝锂合金T型接头双侧激光摆动焊接组织与性能分析

2195-T87铝锂合金是轻质高强的新一代航空材料，但相比于传统铝合金，铝锂合金的焊接难度更高。基于铝锂合金蒙皮-桁条结构的焊接需求，采用激光束圆形摆动的方式配合Al-Si焊丝对2195-T87铝锂合金T型接头进行双侧激光摆动焊接，对比摆动激光焊接与无摆动激光焊接所得接头的焊缝成形与组织特征，并探讨了热输入、摆动频率以及摆动幅度对焊缝成形质量的影响，最终获得了优化工艺参数下的接头横向与轴向拉伸强度，分析了通过光束摆动改善焊缝成形质量、提高接头强度的效果。结果表明，采用高焊速、低热输入与中等摆动幅度和摆动频率的双侧激光摆动焊接可改善焊缝表面成形质量，抑制气孔生成，细化焊缝晶粒，缩小等轴细晶区尺寸，进而提高接头的横向与轴向拉伸性能，所得接头的最大轴向拉伸强度为267 MPa,横向拉伸强度为420 MPa,对比无摆动焊接分别提高了123 MPa和95 MPa,达到了母材强度的45%和70%。     

激光透射焊接聚碳酸酯和聚苯醚实验研究

对异种塑料聚碳酸酯和聚苯醚激光透射焊接性能进行了研究,分析了温度属性和相容性对可焊性的影响;采用半导体激光器进行激光透射焊接实验,采用电子万能试验机测定接头拉伸剪切强度,并用响应面法对焊接工艺参数进行实验设计建模与优化;采用三维显微镜对断面形貌进行观测,分析不同扫描速度下接头失效形式。结果表明,在激光功率为6.34 W、扫描速度为40 mm/s、夹紧力为0.39 MPa时,能获得最佳的焊接强度为6.51 MPa,当能量输入密度不同时,上下层材料的熔融结合作用程度和焊接缺陷(烧蚀和气泡)是影响接头力学性能和失效形式的主要因素。利用激光透射焊接技术,可以对异种塑料实现较好的焊接效果。     

铝钛异种合金的激光熔钎焊

提出了一种连接Al/Ti异种合金的新工艺，即采用激光为热源，AlSi12为填充材料，实现了Ti-6Al-4V钛合金和LF6铝合金的激光熔钎焊连接。激光熔钎焊是一种局部加热焊接过程，通过调整激光加热参数，控制填充材料的润湿铺展及界面金属间化合物的形态和数量，从而控制接头质量。在实验过程中，填充焊丝实时送入，通过改变激光功率、间隙大小、光斑尺寸、焊接速度、送丝速度、激光辐照位置等工艺参数，以获得对接头的不同加热效果。研究了不同参数下的钎缝成形规律、接头界面特点及接头拉伸强度。结果表明，采用激光熔钎焊工艺连接Al/Ti异种合金可以获得成形良好、强度较高的接头，但焊接过程对工艺参数要求严格;接头厚度方向不同位置的界面金属间化合物的厚度和形态各不相同;热输入较低情况下，钎料与钛合金材料作用不充分，接头易从界面处断裂;热输入较高时，接头容易从铝合金侧熔合区附近断裂。     

AA6063-T6铝合金激光焊接实验研究

采用3500 W Slab CO2激光器，对厚度为5 mm的AA6063-T6铝合金板材进行了激光填丝对接焊接实验研究。测定了AA6063铝合金激光焊接的功率阈值，探讨了激光填丝焊接工艺参数对焊缝成型的影响，并对不同填充焊丝焊接接头的强度及拉伸断口形貌进行了分析。研究结果表明，在合适的工艺参数下，可以获得表面光洁、正反面焊缝成型良好的对接接头;焊态下，单面焊接不填充焊丝的接头强度为180.7 MPa;单面焊接填充AlSi12,AlMg4.5MnZr焊丝的接头强度最低为190 MPa，且两种填充焊丝接头的拉伸强度无明显差异;双面焊接填充AlMg4.5MnZr焊丝的接头强度达到200.7 MPa，约为母材的90%。对于单面焊接接头，由于填充材料难以进入焊缝内部及根部存在气孔加剧了拉伸强度较低的程度。     

高体积分数SiCp/2024Al基复合材料添加Ti-6Al-4V中间层激光焊接特性

高体积分数SiCp/2024Al基复合材料由于大量增强相颗粒的存在,在熔化焊接过程中Al基体极易与SiC颗粒反应,生成Al4C3金属间化合物,严重降低焊缝的力学性能。以Ti-6Al-4V金属薄片作为中间层填充材料,采用氩气作为保护气体,对SiC体积分数为45%的SiCp/Al基复合材料进行激光焊接,分析SiCp/Al基复合材料的焊接特性。结果表明,填充钛合金材料进行CO2激光焊接时接头组织致密,结合较好,在焊缝组织中获得了以Ti3Al为基体、Ti5Si3和TiC等反应产物为增强相的焊缝组织,所获得的最高抗拉强度为母材的50%左右。     

Crack-Induced Superelastic,Strength-Tunable Carbon Nanotube Sponges

Lightweight strong aerogels have many applications, but they suffer from the trade-off between key mechanical properties, and it remains challenging to realize superelastic aerogels simultaneously possessing high strength and excellent structural recovery. Herein, a strategy to overcome such a problem by designing a carbon nanotube (CNT)-based aerogel consisting of flexible-rigid core-shell structure, which achieve a combination of excellent properties including superelasticity (complete recovery at 90%), high strength (over 12 MPa at 90%) and wide tunability (from 101 kPa to 4.5 MPa at 50% strain), is presented. It is found that the outer rigid but brittle amorphous carbon shells crosslink the CNT cores and crack into orderly distributed segments during the first compression cycle, while the flexible CNT cores ensure the integrity of the overall skeleton and tolerance to large deformation. This designed CNT composite sponges exhibit overall superior mechanical properties than previously reported foams/aerogels, and due to such unique crack-induced superelasticity mechanism, potential applications such as pressure sensors with wide-range tailored sensitivity and high-performance energy absorbers have been developed. This flexible-rigid core-shell synergia may provide further insight for tunable high-strength aerogel design and innovative applications.     

Carbon Nanotube Reinforced Conductors for Flexible Electronics

This study demonstrates carbon nanotube (CNT) reinforced conductors for flexible electronics. The supreme mechanical strength of the CNT is toughened by the structure of the metal conductor. Conventional metal lines, fabricated using a screen printing technique on flexible substrates, usually suffer a great deal of stress when bending plastic substrates. These stress-strain educed micro-fractures in the metal line reduce the reliability of the electronic system. We fabricated a durable conductor, integrating CNTs into the conventional metallization process. It was found that the CNT–silver composite can be screen-printed on flexible substrates and the durability of the resulting conduction was enhanced. Compared to CNT-polymer-based materials, the CNT–silver composite exhibited higher conductivities of $10 ^{4} ~{hbox{S}}/{hbox{cm}}$. These results show that such an approach offers a promising of enhancing the reliability of flexible electronic systems by utilizing reinforced CNTs in the metallization process.      

基于碳纳米管宏观体的热线式流速探针

提出一种基于双壁碳纳米管(CNTs)宏观体的新型热线流速探针,该探针采用微加工技术组装热敏感元件并通过在接触区电沉积镍颗粒提高敏感结构的稳定性。作为热线元件的CNTs有比铂丝更高的电阻温度系数,温度为293～393K时,其电阻温度系数从0.3727%/°C逐渐增加至0.5601%/°C。根据热平衡原理,通过恒流模式测量同一个探针在不同流场中输出电压的变化来计算电阻的变化,从而得到流速的大小。实验表明,该CNTs流速探针的灵敏度比传统的热线流速计高,重复性好,作为热线敏感材料是可行的。     

High Mechanical Performance Composite Conductor: Multi‐Walled Carbon Nanotube Sheet/Bismaleimide Nanocomposites

Multi‐walled carbon nanotube (MWNT)‐sheet‐reinforced bismaleimide (BMI) resin nanocomposites with high concentrations (～60 wt%) of aligned MWNTs are successfully fabricated. Applying simple mechanical stretching and prepregging (pre‐resin impregnation) processes on initially randomly dispersed, commercially available sheets of millimeter‐long MWNTs leads to substantial alignment enhancement, good dispersion, and high packing density of nanotubes in the resultant nanocomposites. The tensile strength and Young's modulus of the nanocomposites reaches 2 088 MPa and 169 GPa, respectively, which are very high experimental results and comparable to the state‐of‐the‐art unidirectional IM7 carbon‐fiber‐reinforced composites for high‐performance structural applications. The nanocomposites demonstrate unprecedentedly high electrical conductivity of 5 500 S cm^?1 along the alignment direction. Such unique integration of high mechanical properties and electrical conductance opens the door for developing polymeric composite conductors and eventually structural composites with multifunctionalities. New fracture morphology and failure modes due to self‐assembly and spreading of MWNT bundles are also observed.     

激光摆动焊接的功率对钢/铝焊接接头的影响

为了研究不同激光功率对摆动焊接钢/铝材料的影响,采用大功率碟片激光器和PFO3D摆动接头相结合,对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行了搭接实验.结果表明,1400W～1600W的功率区间内可有效实现板材焊接;激光功率为1400W时,焊接接头的金相组织为低碳马氏体,显微硬度的最低值和最高值分别位于热影响区和焊缝...     

锆基非晶合金与不锈钢激光焊接的接头特性

为了优化非晶合金与晶体金属的激光焊接工艺,运用最大平均功率300 W脉冲红外激光焊接锆基非晶合金Zr₅₇Nb₅Cu_15.4Ni_12.6Al₁₀与440、304、17-4PH不锈钢。采用材料分析手段和力学测试方法对实验焊接接头的材料微观组织、成分组成以及力学性能进行了表征,取得了合适的激光偏移量焊接工艺参数、焊接接头微观组织特性数据及其力学性能数据。结果表明,激光焦点往不锈钢侧偏移0.2 mm～0.3 mm可以使焊接熔化均匀并有效提高抗弯强度,通过合适的焊接工艺使非晶合金与17-4PH接头抗弯强度达339 MPa;非晶合金与3种不锈钢的激光焊接接头主要分为熔化混合区与热影响区,熔化混合区中发现了呈树枝状与颗粒状的结晶组织,焊后通过低温退火可使抗弯强度提升14%～48%。此研究结果对扩大锆基非晶合金在各个领域的应用具有指导意义。     

铜箔激光冲击微成形微观组织与残余应力研究

为了研究激光成形方式对成形轮廓和微观组织的影响,采用厚度为40μm和80μm的T2铜箔进行激光冲击微胀形和微拉深实验。同时使用ABAQUS有限元仿真对实验进行模拟,研究不同变形方式下箔材位移和残余应力场。结果表明,激光冲击微胀形后铜箔变形区域出现颈缩,激光作用区域内变形机制主要为位错滑移、变形扭曲晶粒和机械孪晶;箔材上表面（激光冲击表面）为残余拉应力,最大值约为372.3MPa,箔材下表面（背向激光冲击面）为残余压应力,最大值约为-218.7MPa;而对于微拉深,箔材成形轮廓过渡圆滑,厚度分布均匀,光斑作用区域内出现大量位错露头和一些机械孪晶,箔材上表面为残余压应力,最大值约为-365.6MPa,箔材下表面为残余拉应力,最大值约为203MPa。这一结果对激光冲击箔材成形控制是有帮助的。     

新一代超低碳贝氏体钢激光焊接热影响区的组织和性能

采用激光焊接和熔化极活性气体保护焊接(MAG焊接)两种方法对800 MPa级新一代超低碳贝氏体(NULCB)钢进行了焊接,研究了焊接热影响区(HAZ)组织、性能的变化规律。实验结果表明,热影响区组织均为贝氏体板条和马氏体-奥氏体(M-A)组元组成的粒状贝氏体;在实验所采用的不同热输入情况下,随着热输入的增大,马氏体-奥氏体组元的平均宽度、总量、形状因子增大,但其线密度减少;在合适的激光焊接条件下,热影响区韧性高于母材;激光焊接接头显微硬度随热输入的增大而减小,均高于母材,未出现明显的软化区。