การผลิตที่มีความแม่นยำด้านการบินและอวกาศ - รอยเชื่อม "Interstellar" สำหรับวัสดุที่ไม่เหมือนกัน

ภายในปี 2569 การผลิตสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ในอวกาศ ทะเลลึก และการบินที่มีความเร็วเหนือเสียง จะกลายเป็นเรื่องสำคัญระดับชาติภายใต้ "แผนห้าปีฉบับที่ 15" ของจีน หัวใจสำคัญของการผลักดันนี้คือความท้าทายที่ดื้อรั้น: การเชื่อมวัสดุหน้าต่างอินฟราเรด เช่น ซิงค์ซัลไฟด์ (ZnS) เข้ากับตัวเรือนโลหะ เช่น โลหะผสมไทเทเนียม ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนไม่ตรงกัน กาวหรือการบัดกรีแบบดั้งเดิมทำให้เกิดความเค้นตกค้างและการปนเปื้อนสูง วิธีแก้ปัญหา?การเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่รวดเร็วเป็นพิเศษ– สร้างรอยเชื่อม “ระหว่างดวงดาว” ที่แข็งแรง สะอาด และพร้อมสำหรับพื้นที่

จุดเจ็บปวดของอุตสาหกรรม: เมื่อ ZnS พบกับไทเทเนียม

หน้าต่างอินฟราเรดมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเซ็นเซอร์ออปติคัลของยานอวกาศและยานพาหนะที่มีความเร็วเหนือเสียง ZnS ส่งแสงอินฟราเรดได้อย่างสมบูรณ์แบบ แต่มันเปราะ โลหะผสมไทเทเนียมมีความแข็งแรง แต่จะขยายตัวแตกต่างออกไปเมื่อถูกความร้อน ข้อต่อกาวคืบคลานภายใต้การหมุนเวียนด้วยความร้อน การบัดกรีจะทำให้เกิดฟลักซ์ตกค้างที่ทำให้พื้นผิวแสงเกิดฝ้าการติดวัสดุที่ไม่เหมือนกันระหว่างเซรามิกกับโลหะถือเป็นปัญหาคอขวดมานานแล้ว รอยแตกร้าวหรือการหลุดร่อนใดๆ อาจทำให้ภารกิจล้มเหลวได้ นั่นเป็นเหตุผลที่วิศวกรหันไปหาการเชื่อมด้วยเลเซอร์เร็วมาก.

ความก้าวหน้าทางเทคนิค 1: กลไกเลเซอร์ที่เร็วมาก

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่รวดเร็วเป็นพิเศษใช้พัลส์ระยะเวลา picosecond – หนึ่งในล้านล้านของวินาที พัลส์เหล่านี้สั้นมากจนพลังงานเลเซอร์ละลายชั้นขนาดเล็กมากที่ส่วนต่อประสานไทเทเนียม ZnS โดยไม่กระจายความร้อน ผลลัพธ์? พันธะเคมีโดยตรงเกิดขึ้นระหว่างวัสดุทั้งสอง โดยไม่มีตัวเติมตรงกลางการติดวัสดุที่ไม่เหมือนกันเป็นไปได้โดยไม่ต้องมีความเครียดตกค้างมากนัก โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยกว่า 10 µm ซึ่งรักษาความชัดเจนของแสงของ ZnS และความแข็งแรงเชิงกลของไทเทเนียม กลไกนี้เปลี่ยนข้อต่อที่เป็นไปไม่ได้ก่อนหน้านี้ให้เป็นกระบวนการตามปกติ

ความก้าวหน้าทางเทคนิค 2: การเสริมความแข็งแรงของรูขุมขนขนาดเล็ก

ในระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์เร็วมากZnS ที่หลอมละลายจะสร้างรูพรุนขนาดเล็กตามธรรมชาติที่อินเทอร์เฟซ สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ข้อบกพร่อง แต่เป็นคุณลักษณะที่ขัดขวางการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว เมื่อความเครียดก่อตัวขึ้น รอยแตกจะกระทบรูขุมขนและหยุดลง ความทนทานต่อการแตกหักเพิ่มขึ้นอย่างมาก – มากกว่า 50% ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการการติดวัสดุที่ไม่เหมือนกันซึ่งครั้งหนึ่งเคยล้มเหลวภายใต้แรงสั่นสะเทือน ปัจจุบันสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลันที่รุนแรงตั้งแต่ -196°C ถึง +200°C เครือข่ายไมโครรูพรุนนี้เป็นของขวัญที่ซ่อนอยู่ของกระบวนการที่เร็วเป็นพิเศษ โดยเปลี่ยนจุดอ่อนที่อาจเกิดขึ้นให้กลายเป็นกลไกการเสริมความแข็งแกร่ง

ผลการตรวจสอบ: จากไมโครถึงมาโคร

นักวิจัยได้ทำการตรวจสอบการเชื่อมที่มีความเสถียรตั้งแต่ส่วนประกอบขนาดไมครอนไปจนถึงหน้าต่างแบบแสงที่มีความหนาเป็นมิลลิเมตรการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่รวดเร็วเป็นพิเศษสร้างข้อต่อได้อย่างสม่ำเสมอโดยไม่มีรอยแตกที่มองเห็นได้ ไม่มีการปนเปื้อน และความต้านทานแรงเฉือนเกิน 30 MPa รอบการระบายความร้อนและการทดสอบทางกลหลายครั้งยืนยันความน่าเชื่อถือการติดวัสดุที่ไม่เหมือนกันไม่ใช่เรื่องน่าสงสัยในห้องทดลองอีกต่อไป แต่พร้อมสำหรับการผลิตแล้ว

การใช้งานกรณี: บูรณาการทัศนศาสตร์อวกาศและ MEMS

• ยานอวกาศออปติคัลเซนเซอร์บรรจุภัณฑ์:หน้าต่าง ZnS ที่เชื่อมเข้ากับตัวเรือนไทเทเนียมโดยตรงจะช่วยปกป้องเครื่องตรวจจับอินฟราเรดในขณะที่ยังคงความสมบูรณ์ของสุญญากาศ

• การรวมระบบ MEMS:จิ๋วการเชื่อมด้วยเลเซอร์เร็วมากเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ที่ใช้ซิลิกอนกับบรรจุภัณฑ์โลหะ ขจัดกาวอินทรีย์ที่ปล่อยก๊าซออกมาในอวกาศ
  แอปพลิเคชันเหล่านี้พิสูจน์ได้ว่าการเชื่อมวัสดุที่ไม่เหมือนกันการใช้เลเซอร์ความเร็วสูงทำงานได้ทั้งในระดับจุลภาคและระดับมหภาค

ความสำคัญเชิงกลยุทธ์: การเปิดใช้งานห้วงอวกาศและการบินที่มีความเร็วเหนือเสียง

การสำรวจอวกาศห้วงลึกของจีน (ภารกิจบนดวงจันทร์และดาวอังคาร) และยานพาหนะที่มีความเร็วเหนือเสียงต้องการส่วนประกอบที่สามารถอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายที่สุดการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่รวดเร็วเป็นพิเศษมอบเทคโนโลยีการผลิตที่สำคัญเพื่อให้เป็นไปได้ ด้วยการไขความท้าทายในการเข้าร่วม ZnS-titanium ตอนนี้วิศวกรสามารถออกแบบระบบออพติคัลที่มีความสามารถมากขึ้น ตัวเรือนเซ็นเซอร์ที่เบากว่า และฮาร์ดแวร์การบินที่เชื่อถือได้มากขึ้นการติดวัสดุที่ไม่เหมือนกันจะกลายเป็นเครื่องมือมาตรฐานในสายการผลิตที่มีความแม่นยำด้านการบินและอวกาศทุกแห่ง

พร้อมนำมาการเชื่อมด้วยเลเซอร์เร็วมากสู่การผลิตด้านการบินและอวกาศของคุณ?ติดต่อ ZGLC Laser เพื่อขอคำปรึกษา