目前，復合材料通常是以零部件的形式應用于航空、汽車、軌道車輛以及各種機械設備的制造中，因此，復合材料部件之間、復合材料與其它類部件之間的連接至關重要。近年來，復合材料一體化成型技術的發展尤為迅速，但在航空航天等一些關鍵領域，復合材料連接技術的需求持續存在，所以，也充分體現了復合材料連接技術的開發的必要性。

一、復合材料連接技術分類

樹脂基復合材料可按照樹脂的形態來分為兩類，即熱固性樹脂和熱塑性樹脂。其對應的連接技術也有一些差異。比較常見的連接技術有機械連接、膠接連接，也有同時應用前兩種方式的混合連接技術。

機械連接技術安全可靠，傳遞載荷大，并且可重復裝配和拆卸。雖然復合材料結構一體化成型技術的發展，，機械連接雖然連接結構強度高，但連接接頭重量大，裝配效率較低；膠接連接相比于機械連接，具有輕質、無破壞性、容易實現成型一體化，所以對于一些復雜結構件的連接多選擇膠接方式。

螺接是飛機復合材料結構最主要的機械連接方法，但單個螺栓成本高、輕量化效果不佳，加之單架飛機用量大，往往造成飛機復合材料連接成本高、增重明顯。有研究表明：相比于螺接，鉚接可靠性高，而成本不到螺接十分之一甚至更低，裝配工藝更簡便、輕量化效果更明顯，其在飛機復合材料結構制造和修復中具有潛在技術和經濟優勢。

但在鉚接過程中，CFRP極易發生損傷，近日由川大研發的無損鉚接技術。提高了連接強度約87%、抗剪切拉伸能力33%、連接疲勞壽命1000%，而使其連接重量減輕27%、連接成本降低90%，成功在實現無損鉚接的基礎上減輕了結構重量，降低了應用成本。

膠接是連接采用膠黏劑將零件連接成不可拆卸整體的一種連接工藝。這種連接方式可使金屬和復合材料無縫連接，可以承載較大的拉伸、剪切力和扭矩，同時對于材料的性質改變較小。因此，粘接連接是目前應用最多的連接方式之一，比機械連工藝接應用更為廣泛。且是一種較實用有效的連接工藝技術，有時還能為研制生產解決關鍵性工藝技術，

膠接連接一般有如下的優缺點。膠接連接的優點：有阻止裂紋擴展的作用，破壞安全性好；不存在制孔引起的強度下降；沒有腐蝕問題，能獲得光滑的氣動外形；抗疲勞、減振、密封及絕緣性能好；不使用緊固件，結構輕，制造成本低。膠接連接的缺點：需要提前對膠接表面進行特殊處理，并且被膠接接件之間精度要求較高，需加溫加壓固化設備，修補較為困難；膠接是永久連接，膠接后不可拆卸，材料回收再利用困難；強度分散性大，剝離強度較低，且難以膠接較厚的結構和傳遞大的載荷；連接效果難以控制，可靠性差。

膠接連接形式主要可分為兩大類：平面型搭接和正交形式的連接。平面型搭接構型主要承受面內拉伸載荷，膠層承受剪力，大多用于飛行器結構中的板類構件之間的連接，正交型搭接構型以承受面外拉伸載荷為主，通常稱為拉脫載荷，主要用于板類構件與梁、肋、桁條等的連接。

目前市場上碳纖維復合材料膠接用的膠粘劑主要有環氧樹脂、聚胺酯和丙烯酸三大類，在一定的溫度范圍內，如0℃以下低溫環境和100℃以上環境下，可根據膠粘劑固有性質和實際應用需求進行選擇。

熔融焊接是熱塑性復合材料特有的一種連接方式，熱塑性樹脂較低的表面能導致與膠黏劑結合能力差，其受熱軟化，冷卻硬化的特性使熔融焊接成為新型連接方法。還能避免機械連接預制孔會對增強纖維的破壞、異種材料連接可能產生電偶腐蝕弱化界面，從而影響整體結構的性能。

常見的熔融焊接技術有4種：電阻焊接、感應焊接、超聲焊接和激光焊接。

電阻焊接（RW）是電流流經加熱元件產生焦耳熱，在加熱元件表面的高溫會導致熱塑性樹脂的熔化，由焊接壓力壓實形成焊接接頭。

感應焊接（IW）是在導電線圈上施加交流電壓時產生交流電，感應出時變磁場，當加熱元件被放置在時變磁場附近時，就會產生渦流，渦流流過導電回路在焊接界面產生熱量。

超聲焊接（UW）是通過超聲波發生器將高頻交流電轉換為高頻振動，小振幅變化的運動產生了分子間摩擦并轉換為熱能，經過傳導到達接頭界面，直到熔融導能筋，在壓力下流動并浸潤待焊件形成連接。

激光焊接（LW）是用激光輻射加熱待加工表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復頻率等激光參數，使工件熔化，形成特定的熔池。

因熱塑性復合材料本身的一些缺陷如熱成型性差、延展性差，導致其難以直接加工為復雜構件，僅適合加工低曲率的大型板件。如在汽車保險杠內部設計中，復合材料與金屬材料的連接往往都有局限性，鉚接用于復合材料與金屬連接時，會造成復合材料增強纖維的破壞；螺紋連接同樣會造成增強纖維的破壞，且連接構件帶來額外的質量。因此為了滿足眾多領域的需求，需要進一步開發熱塑性復合材料與金屬連接的方案。

研究人員關注了機械方法、化學方法、金屬表面增材處理和激光加工4類機械結合界面調控方法，最大程度提高了接頭的界面強度。增強機械結合的方法是提高異質結構接頭力學性能的主要途徑。化學方法雖然可提高金屬表面粗糙度，清潔金屬表面使活性金屬暴露出來，更有利于形成新的化學鍵，但會對環境造成一定的危害，且難以精確控制微結構的形貌尺寸。

此外，還有通過金屬表面增材處理、高能量密度激光粗化等方法。

復相陶瓷、纖維增強陶瓷基復合材料以及熱電材料等先進功能材料具有耐高溫性能、抗熱震和耐腐蝕性能、介電性能、能源轉換性能等特性，因此在航空航天構件的應用中備受關注。

與結構材料不同，在先進功能材料的連接中，除了要保證接頭能夠滿足力學性能和服役環境要求，同時還需盡可能地保持母材或接頭的功能性不受影響。研究發現，可通過多孔中間層、梯度復合層以及母材表面機械加工等多種創新方法，進一步提高釬焊連接的性能。

參考資料

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[2] 常青,張麗霞.先進功能材料釬焊連接研究進展[J].焊接學報,2022,43(12):1-11+113.