항공우주 정밀 제조 - 서로 다른 재료를 위한 "성간" 용접 접합

2026년까지 우주, 심해, 극초음속 비행 등 극한 환경을 위한 제조가 중국의 '15차 5개년 계획'에 따라 국가 우선순위가 될 것입니다. 이 추진의 중심에는 황화아연(ZnS)과 같은 적외선 창 재료를 티타늄 합금과 같은 금속 하우징에 결합하는 완고한 과제가 있습니다. 열팽창 계수가 일치하지 않습니다. 기존의 접착제나 브레이징은 높은 잔류 응력과 오염을 남깁니다. 해결책?초고속 레이저 용접– 강력하고 깨끗하며 공간 활용이 가능한 "성간" 용접 접합을 만듭니다.

업계의 문제점: ZnS가 티타늄을 만났을 때

적외선 창은 우주선의 광학 센서와 극초음속 차량에 매우 중요합니다. ZnS는 적외선을 완벽하게 전송하지만 부서지기 쉽습니다. 티타늄 합금은 강하지만 가열하면 다르게 팽창합니다. 열 순환 시 접착제 접합부가 변형됩니다. 브레이징은 광학 표면을 흐리게 하는 플럭스 잔류물을 발생시킵니다.이종재료 접착세라믹과 금속 사이에는 오랫동안 병목 현상이 있었습니다. 균열이나 박리는 임무 실패의 원인이 될 수 있습니다. 그래서 엔지니어들은초고속 레이저 용접.

기술적 혁신 1: 초고속 레이저 메커니즘

초고속 레이저 용접피코초 기간 펄스(1조분의 1초)를 사용합니다. 이러한 펄스는 너무 짧아 레이저 에너지가 열 확산 없이 ZnS-티타늄 경계면의 미세한 층을 녹입니다. 결과는? 중간 충전재 없이 두 재료 사이에 직접적인 화학 결합이 형성됩니다.이종재료 접착큰 잔류응력 없이 가능합니다. 열 영향부는 10μm 미만으로 ZnS의 광학적 선명도와 티타늄의 기계적 강도를 유지합니다. 이 메커니즘은 이전에는 불가능했던 관절을 일상적인 프로세스로 전환합니다.

기술적 혁신 2: 미세 기공 강화

동안초고속 레이저 용접, 용융된 ZnS는 자연스럽게 경계면에 작은 미세 기공을 형성합니다. 이는 결함이 아니며 균열 전파를 차단하는 기능입니다. 스트레스가 쌓이면 균열이 이 모공에 부딪혀 멈추게 됩니다. 파괴 인성은 실험실 테스트에서 50% 이상 극적으로 증가합니다.이종재료 접착한때 진동으로 인해 고장났던 부품이 이제 -196°C ~ +200°C의 극심한 열충격에도 견딜 수 있습니다. 이 미세 기공 네트워크는 잠재적인 약점을 강화 메커니즘으로 바꾸는 초고속 프로세스의 숨겨진 선물입니다.

검증 결과: 마이크로부터 매크로까지

연구원들은 마이크론 크기의 구성 요소부터 최대 밀리미터 두께의 광학 창까지 안정적인 용접 검증을 완료했습니다.초고속 레이저 용접눈에 보이는 균열이 없고 오염이 없으며 전단 강도가 30 MPa를 초과하는 접합부를 지속적으로 생산합니다. 여러 열주기 및 기계적 테스트를 통해 신뢰성이 확인되었습니다.이종재료 접착더 이상 실험실의 호기심이 아니며 생산 준비가 되어 있습니다.

사례 응용: 우주 광학 및 MEMS 통합

• 우주선 광학 센서 포장:티타늄 하우징에 직접 용접된 ZnS 창은 진공 무결성을 유지하면서 적외선 감지기를 보호합니다.

• MEMS 시스템 통합:세밀화초고속 레이저 용접실리콘 기반 센서를 금속 패키지에 결합하여 공간에서 가스를 방출하는 유기 접착제를 제거합니다.
  이 응용 프로그램은 다음을 증명합니다.이종재료 접착초고속 레이저를 사용하면 미시적 및 거시적 규모 모두에서 작동합니다.

전략적 중요성: 심우주 및 극초음속 비행 가능

중국의 심우주 탐사(달, 화성 탐사) 및 극초음속 차량에는 가장 가혹한 환경에서도 살아남는 부품이 필요합니다.초고속 레이저 용접이를 가능하게 하는 중요한 제조 기술을 제공합니다. ZnS-티타늄 접합 문제를 해결함으로써 엔지니어는 이제 더 뛰어난 광학 시스템, 더 가벼운 센서 하우징, 더 안정적인 비행 하드웨어를 설계할 수 있습니다.이종재료 접착모든 항공우주 정밀 제조 라인의 표준 도구가 될 것입니다.

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