在激光辐照碳纤维复合材料过程中，由于材料的固有性质，碳纤维和相应基体对激光会有吸收。当激光辐照下，材料表面温度升高，导致热分解，进而其物质组份改变，基体分解为残炭和热解气体，同时影响碳纤维复合材料对激光的吸收。在高温下，残碳和碳纤维会发生氧化烧蚀，甚至发生气化烧蚀。在相互作用过程中，复合材料表面的气流又会影响材料对激光的吸收以及材料表面的烧蚀。79965

1复合材料对激光的吸收

复合材料对激光的吸收直接影响着材料对激光的利用效率。由于复合材料的组分的各异性，不同复合材料对激光的吸收差异性很大。王立君等人[2-3]用CO和DF激光辐照玻璃钢，并对碳化物的红外散射谱和微波透射进行测量。R。Freeman等人[4]用1。3μm激光对碳纤维复合材料进行辐射，表明反射率在碳化前随温度升高而升高，碳化后随温度升高而降低。温度超1000℃时保持稳定。王贵兵等人[5-6]研究了碳纤维复合材料在1。06μm的固定功率激光辐照情况，得出材料厚度与反射成正比和透射成反比结论。

2复合材料对激光的热解

在高温下，碳纤维复合材料的基体部分会热分解为气体和残碳。这里不考虑气体与残碳等的化学反应。产生的气体或在材料表面与外界进行热交换，或在材料内部对材料产生结构上的破坏。李雅娣等人[7]开展了连续波激光对碳纤维复合材料辐照的实验研究，对材料进行了热失重测量分析，得到材料的热分解规律。C。H。Bamford等人[8]提出用一维瞬态热传导方程[9]和阿伦纽斯的一级热分解动力学来建立热分解材料的热响应模型。C。A。Griffis等人[10]没有使用阿伦纽斯的热动力学，用显热容法，即用热容量的升高来处理热分解情况，对材料性能参数进行测量替换，其使用实验测得的在不同温度下密度，比热，导热系数等数据。TORREL等人[11]建立多步热分解模型，通过热失重分析获得了热解动力学参数，通过质量和能量守恒方程对热防护系统进行了建模分析。Semak[12]建立用化学反应描述热解的三维理论模型，不考虑热分解气流的流动，通过三个具体的化学反应描述了整个热解过程，但化学反应涉及众多参数，且难以获得。

3复合材料对激光的热传导论文网

复合材料的导热系数和材料的结构、各组分的体积分数、各组分的导热系数相关。碳纤维导热机理是靠晶格原子的热振动传导[13]，导热系数随纤维的石墨化程度越高而越大[14]，热导率随温度升高而变大[15]，同时在一定密度下热导率随密度增加而升高[16]。通过原始材料的增强纤维和基体导热系数，可以按一定规律得到整体材料的导热系数。Agari[17-19]建立的纤维复合材料分为垂直纤维方向导热（串联导热）和平行纤维方向导热（并联导热）两种模型。陈洁[20]等人研究沿纤维方向的导热系数约为垂直纤维方向的导热系数的10倍。微观上来看：沿纤维方向时，热传导主要靠碳纤维，且界面缺陷和孔隙一般顺碳纤维层方向，因此材料缺陷问题对其影响不大，碳纤维体积分数成为主要因素。而垂直纤维方向时，热传导主要靠基体，同时材料缺陷对其影响变得十分重要，低温（2000℃）以下，导热系数随碳纤维体积分数增大而缓慢增大，在高温温度（2300℃）下，界面裂纹占主导，导热系数随碳纤维增加先增加后减少。

4复合材料表面的氧化烧蚀

在热分解后，残碳与碳纤维在高温下易发生氧化烧蚀。基本反应为C+O2 CO2或2C+O2 2CO。徐先锋等人[21]研究得出碳纤维的氧化特性主要与碳的氧化特性相关。魏玺等人[22]对碳纤维复合材料的氧化机理进行了研究并阐述了反应界面氧气浓度与氧化反应速率之间的关系。JeanLachaud等人对复合材料烧蚀中平行纤维方向进行讨论研究，得到了平行纤维方向烧蚀速率的计算公式，得到了平行纤维方向烧蚀速率与边界层厚度、氧气浓度、纤维半径等材料参数和温度等外界因素的关系，表明了平行纤维方向的烧蚀速率远大于垂直纤维烧蚀。