我院黄虎教授团队在碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）高质量激光制孔领域取得重要突破。相关研究成果以“Understanding the material removal and quality improvement mechanisms in acid-metal synergistically assisted femtosecond laser drilling of CFRP composites”为题发表于机械制造领域国际知名学术期刊《International Journal of Machine Tools and Manufacture》。

CFRP高精度通孔制备是航空航天构件制造的关键环节，但碳纤维与树脂基体热物理属性的显著失配，导致传统激光制孔面临非均匀烧蚀、热损伤累积与锥度难以消除的多重瓶颈。现有方法受限于单一物理场调控，无法同步解决异质材料选择性去除与孔形主动约束的矛盾，亟需探索多场协同作用下的激光制孔新方法。

针对上述难题，研究团队提出酸性液体介质与金属背板协同辅助飞秒激光钻孔新策略，揭示了液-固-等离子体多相耦合驱动的材料去除与质量提升机理。酸性液体介质通过原位热化学蚀刻加速材料去除，同时作为动态散热载体抑制热积累，并稳定等离子体形态保障能量空间均匀分布。金属背板一方面作为热沉，吸收出口侧残余能量，抑制热量积累；另一方面在出口界面诱发二次等离子体，通过局域增强蚀刻效应主动修整出口形貌，从而减小孔壁锥度。该协同机制有效协调了异质材料加工中热效应控制与几何成形之间的矛盾，显著提升了通孔的几何精度和表面完整性，进而改善了CFRP构件的力学性能。研究阐明了光-热-化学耦合作用下非均质材料的去除动力学行为，为高性能复合材料精密制孔提供了理论依据与技术路径。

本工作由吉林大学、日本庆应义塾大学科研人员合作完成。我院博士研究生安鸿为论文第一作者，钱永峰副教授和黄虎教授为论文共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金、吉林省自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接：//doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2026.104449

图1 酸性液体与金属背板协同辅助CFRP高质量激光制孔