01
Réamhrá
Is éard atá i bPolaiméirí Treisithe Snáithín Carbóin (CFRP) roisín a fheidhmíonn mar ábhar céime maitrís agus snáithíní carbóin a fheidhmíonn mar ábhar na céime treisithe. Trí airíonna ábhartha an mhaitrís roisín agus an athneartaithe snáithín carbóin a chomhcheangal, léiríonn CFRP tréithe cosúil le meáchan éadrom, friotaíocht creimeadh, friotaíocht caitheamh, agus cruas ard. Mar thoradh air sin, úsáidtear é go forleathan i réimsí ina bhfuil éilimh láidre ar éadromú struchtúrach-amhail aeraspáis, tionscal na ngluaisteán, longthógáil cabhlaigh, giniúint cumhachta gaoithe, agus innealtóireacht shibhialta. Áirítear ar na modhanna déantúsaíochta príomhúla d'ábhair CFRP Múnlú Aistrithe Roisín (RTM), múnlú uathchlábhála, múnlú mála bhfolús, agus foirceannadh filiméid; cuireann na modhanna seo ar chumas struchtúir CFRP a tháirgeadh trí phróiseáil cruth gar do{4}net-. I bhfeidhmchláir phraiticiúla thionsclaíocha, áfach, is gnách go mbíonn gá le próiseáil thánaisteach CFRP chun an chéimseata páirt inmhianaithe a bhaint amach-lena n-áirítear gnéithe mar phoill, sliotáin, agus grooves cóimeála-agus chun cruinneas tríthoiseach agus lamháltais foirme atá sonraithe sa dearadh páirteanna a chomhlíonadh. Mar gheall ar na difríochtaí suntasacha in airíonna teirmeacha agus meicniúla idir na snáithíní carbóin athneartaithe agus an roisín maitrís laistigh de CFRP, tá dúshláin shuntasacha ag baint leis an bpróiseáil thánaisteach seo agus tá seans maith ann go mbeidh lochtanna éagsúla ann, rud a fhágann go mbíonn cáilíocht phróiseála i gcontúirt go minic. Dá bhrí sin, chun ceanglais tríthoiseach agus feidhmíochta na gcomhpháirteanna deiridh a shásamh, tá sé ríthábhachtach teicneolaíochtaí próiseála d'ábhair CFRP a fhiosrú agus modhanna próiseála ardcháilíochta, ardéifeachtúlachta a iniúchadh.
02
Meicníochtaí Bainte Ábhar i bPróiseáil Léasair
Le teacht chun cinn na n-ábhar ard-innealtóireachta a bhfuil airíonna fisiceacha casta acu-amhail Polaiméirí Treisithe le Snáithín Carbóin (CFRP)-tá laghdú de réir a chéile tagtha ar iomaíochas an mheaisínithe mheicniúil thraidisiúnta, an mheaisínithe scairduisce agus an mheaisínithe sceite leictreach. I bpróiseáil léasair, is éard atá i gceist le baint ábhair go bunúsach ná ionsú, freagairt agus aistriú fuinnimh léasair laistigh den ábhar. Le linn an phróisis seo, ionradaíonn an léasair dromchla an ábhair, agus ionsúnn leictreoin fuinneamh an fhótóin. Ina dhiaidh sin, tarlaíonn aistriú fuinnimh trí imbhuailtí laitíse leictreon, rud a fhágann go dtiocfaidh méadú ar theocht laitíse agus laghdú ar theocht na leictreon go dtí go mbunaítear cothromaíocht theirmeach idir na leictreoin agus an laitís. Mar sin féin, toisc go bhfuil teocht sublimation snáithíní carbóin (~ 3600 K) thart ar cúig huaire níos mó ná an maitrís roisín (~ 800 K), tá an t-ionchur fuinnimh a theastaíonn chun na snáithíní carbóin a bhaint i bhfad níos mó ná mar a theastaíonn don roisín. Ina theannta sin, mar gheall ar sheoltacht teirmeach anisotrópach snáithíní carbóin, déantar an teas a ghintear le linn phróiseas sublimation snáithíní carbóin a iomadú go fabhrach sa mhaitrís roisín, rud a fhágann go ndéantar dianscaoileadh roisín agus foirmiú substaintí díobhálacha. Tá meicníocht bhaint dhá chéim molta ag taighdeoirí le haghaidh CFRP: pirealú léasair spreagtha agus díshlacadh teirmeicniúil. Déanann an plasma a ghintear le linn na céime tosaigh d'ablation ábhair teas a ionsú agus táirgeann sé tonnta turrainge teirmeacha treo. Tá na snáithíní carbóin a nochtar le linn na próiseála faoi réir fórsaí lomadh gathacha, rud a fhágann go bhfuil briste brittle agus scaradh ábhair.
Nuair a thiteann fad bíge an léasair faoi bhun 10 ps, éiríonn fad na bíge níos giorra ná an t-am scíthe laitíse leictreon, rud a fhágann go n-éagsúilíonn an mheicníocht um bhaint ábhair ó ablation teirmeach traidisiúnta. Léirítear an mheicníocht phróiseála i bhFíor 2: léiríonn an t-ábhar roisín seoltacht leictreach bocht agus líon teoranta leictreon saor in aisce, le bandgap fuinnimh 2-4 eV; os a choinne sin, tá seoltacht leictreach maith ag an snáithín carbóin agus tá cainníocht áirithe leictreon saor in aisce ann. Le linn ionradaíochta léasair, déanann leictreoin saor in aisce laistigh den snáithín carbóin an fuinneamh léasair a ionsú go díreach, rud a fhágann go dtiocfaidh ardú ar theocht an chórais leictreon. Nuair a bhíonn fuinneamh fótóin aonair níos ísle ná bandáil na roisín, gintear leictreoin shaora tríd an meicníocht ianaithe ilfhótain (MPI), mar a thaispeántar i bhFíor 2(b). Nuair a sháraíonn fuinneamh fótóin singil an bhanbhearna, is é an t-ianúchán fótóin singil atá i gceannas ar mheicníocht excitation leictreoin. Imbhuaileann na leictreoin saor in aisce a ghintear le leictreoin faoi cheangal, ag aistriú fuinnimh trí ianú tionchair; spreagann sé seo ianú avalanche-mar a léirítear i bhFíor 2(c)-a ardaíonn go suntasach dlús na saorleictreon. Le linn na céime ionradaíochta léasair ultra-ghearr-bulse, athraíonn an teocht laitíse go mall de bharr táimhe teirmeach, agus ardaíonn teocht an chórais leictreoin go tapa. I measc na n-aistrithe céime atá i gceist tá aistrithe céime neamh-theirmeacha agus teirmeacha araon. Má tá an fuinneamh fótóin léasair ard go leor, ionsúnn na leictreoin go leor fuinnimh chun fórsaí ceangailteacha Coulomb na núicléis adamhach a shárú, rud a fhágann go n-ianú teirmeach agus go bhfágann siad líon mór ian dearfacha taobh thiar de. Éiríonn na hiain dheimhneacha seo a chéile mar gheall ar fhórsaí Coulomb, rud a fhágann go mbíonn “pléascadh Coulomb” agus ablasúchán leictreastatach-próiseas ar a dtugtar “ablation fuar”-mar a thaispeántar i bhFíor 2(d). De réir mar a tharlaíonn scaipeadh fuinnimh laitíse leictreon go leanúnach, ardaíonn an teocht laitíse de réir a chéile, agus tarlaíonn seoladh teasa idir an snáithín carbóin agus an roisín, mar a léirítear i bhFíor 2(e). Mar thoradh air sin, nuair a sháraíonn an teocht tairseach áirithe, tarlaíonn trasdulta pas teirmeach cosúil le gal agus pléascadh, rud a ghineann teocht ard, ardbhrú agus ard-dlúis plasma a scaoiltear ón dromchla, ag iompar teasa agus smionagar próiseála.
Tagraíonn lochtanna laistigh den-chrios buailte (HAZ) do réigiúin laistigh den CFRP ina dtarlaíonn athruithe logánta maoine mar thoradh ar idirghníomhaíochtaí ábhair léasair, chomh maith le ilchineálacht dhúchasach agus ainiseatrópacht an ábhair. Cuimsíonn na hathruithe seo galú neamhéide agus díghrádú teirmeach an roisín maitrís, chomh maith le nochtadh na snáithíní carbóin. Gineann léas léasair Gaussach dáileadh fuinnimh spásúlachta neamhionann, agus cuireann éifeachtaí idirleata teirmeach faoi deara go téamh an t-ábhar CFRP i gcóngaracht an limistéir phróiseála. Sa réigiún sonrach seo, sáraíonn an fuinneamh teirmeach an tairseach atá riachtanach chun an maitrís roisín a dhianscaoileadh ach fanann sé faoi bhun na tairsí a theastaíonn chun na snáithíní carbóin a bhaint. Mar thoradh air seo déantar meath ar airíonna an roisín agus nochtadh logánta na snáithíní carbóin. Laistigh den chrios seo, teasaíonn seoladh teasa an roisín agus na snáithíní carbóin. Mar gheall ar an difríocht shuntasach idir teocht galú an roisín agus na snáithíní carbóin, evaporates an roisín sa réigiún seo agus theipeann ar na snáithíní carbóin a bhaint amach a n-teocht galú, a eascraíonn i nochtadh na snáithíní carbóin.
