两种纤维增强复合材料连续激光烧蚀阈值测量及吸收 - 强激光与粒子束.PDF

第 卷第 期 强 激 光 与 粒 子 束 ， ２１ ２ Ｖｏｌ．２１ Ｎｏ．２ 　 　 年 月 ， ２００９ ２ ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ Ｆｅｂ． ２００９ 　 　 文章编号： （ ） １００１４３２２２００９０２０１９９０４ 　 两种纤维增强复合材料连续激光烧蚀 阈值测量及吸收特性分析 张永强， 王贵兵， 唐小松， 王伟平 　 　 　 （中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 ６２１９００） 摘 要： 通过双积分球 光电管测试系统和摄像记录的方法，对芳纶纤维／环氧和碳纤维／环氧两种复合  　　 　 　 材料在 １．３１９ ｍ连续激光作用下的烧蚀阈值和烧蚀过程中材料对激光能量的吸收特性进行了实验研究。结 μ 果表明：芳纶纤维／环氧复合材料的平均烧蚀阈值随材料厚度增加而降低，碳纤维／环氧复合材料的平均烧蚀阈 ２ 值不受材料厚度影响，约为 ／ ；两种纤维增强复合材料烧蚀前的反射率随激光功率增加而缓慢增大，芳 ７０Ｗ ｃｍ 纶纤维／环氧材料从 ０．４０变化到 ０．４５，碳纤维／环氧材料从 ０．１５变化到 ０．２０；当发生烧蚀时，芳纶纤维／环氧 材料的反射率急剧下降，吸收率增大，碳纤维／环氧材料的反射率无明显变化，吸收率约为 ０．８０。 关键词： 激光辐照； 复合材料； 烧蚀阈值； 吸收特性 　　 　 　 　 　 中图分类号： ＴＮ２４７ 文献标志码： Ａ 　　 　 　　　　 　 　　纤维增强类复合材料如芳纶纤维／环氧、碳纤维／环氧复合材料，由于具有比强度高、比模量高等特点，被广 泛应用于航空、航天、机械制造等领域。激光与纤维增强类复合材料相互作用时，由于树脂基体是高分子有机 化合物，激光辐照升温后容易发生热分解引起质量迁移，材料出现烧蚀。如果激光继续辐照，基体和纤维将发 生氧化反应，甚至是起火燃烧形成炭化层，此时激光与材料作用，其吸收特性将发生变化。因此，确定复合材料 的激光烧蚀阈值和研究烧蚀前后激光与材料的吸收特性对准确计算复合材料的温度场、烧蚀深度等参数，以及 激光辐照下复合材料和结构的热力学响应和破坏效应研究有着重要意义。目前，复合材料烧蚀机理、烧蚀形貌 ［ ］ １５ 以及热损伤规律等研究工作开展较多 ，对于激光作用下，复合材料烧蚀阈值测量，材料参数对烧蚀阈值的影 响以及烧蚀前后，复合材料对激光能量吸收特性研究的报道相对较少。 本文通过双积分球 光电管测试系统和摄像记录的方法，分别对芳纶纤维／环氧和碳纤维／环氧两种复合材  　　 料在连续激光作用下的烧蚀阈值和烧蚀过程中材料对激光能量的吸收特性进行了实验研究，得到了材料厚度 对烧蚀阈值的影响规律以及烧蚀前后连续激光与材料的吸收特性。 １ 复合材料的激光烧蚀