[发明专利]碳纤维增强树脂基复合材料层板孔隙率的超声检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维增强树脂基复合材料层板孔隙率的超声检测方法。本发明属于无损检测领域。

背景技术

碳纤维增强树脂复合材料层压板是广泛应用于航空航天领域的先进复合材料，孔隙的存在对其性能有很大的影响，控制孔隙率是生产过程中关键技术之一。对于航空用碳纤维增强环氧树脂复合材料层压板，对孔隙率的要求为：A级小于0.2％、B级为0.2％～0.5％、C级为0.5％～1.0％。

本发明说涉及的超声检测方法，能够精确地检测碳纤维增强树脂基复合材料层压板的孔隙率。

发明内容

本发明涉及一种碳纤维增强树脂基复合材料层板孔隙率的超声检测方法，可精确测定碳纤维增强环氧树脂基复合材料层板的孔隙率。

本发明由这样来实现的，碳纤维增强树脂基复合材料层板孔隙率的超声检测方法，其特征步骤为：

1.碳纤维复合材料层压板的超声C扫描检测；采用浸入式的5MHz平探头，水为耦合剂，采集卡采集超声信号，通过比较声压变化，推导出不同区域的衰减系数。

(1)探头频率为5MHz，晶片尺寸6mm，焦距30mm。首先根据所选探头频率，设定脉冲发射器频率等相关参数，耦合剂为水。

(2)碳纤维增强树脂基复合材料层压板平放入水中，探头移至层压板上方，通过观察波形，移动探头调节左右、前后偏角，当直到底波波幅达到最大时聚焦探头；当一次底波波幅达到80％，而且噪声较低时为合适增益。设置的增益为5dB。

(3)确定扫查步距和探头移动扫查速度(每隔0.5mm采集一次数据)，确定扫查路径，并设定保存数据的位置，然后进行扫描。

2.碳纤维增强树脂基复合材料层压板的显微金相和场发射电子显微镜观察测试；把超声检测过的碳纤维增强树脂基复合材料层压板，分别用显微金相法和场发射电子显微镜法进行观察，并统计孔隙率，建立超声衰减和孔隙率之间的关系。

(1)碳纤维增强树脂基复合材料层压板显微金相法观察；把超声检测过的碳纤维增强树脂基复合材料层压板，用显微金相法进行观察，具体操作步骤如下：

(A)镶嵌：用精密切割机将碳纤维增强树脂基复合材料层压板切割成尺寸为20mm×10mm×2mm的试样。用金相固化剂和金相胶粉镶嵌切割好的4～5块试样。金相固化剂和金相胶粉的配比为1:2(体积比)，搅拌均匀后缓缓倒入模具中，常温下固化10min后即可，待固化完全后取出，进行编号标记。

(B)磨抛：将No.400砂纸装在磨抛机的打磨盘上，在低速下磨制截面，注意保持垂直；换上No.800砂纸继续打磨，将之前的打磨方向旋转90°，再依次用No.1200、No.2000的砂纸继续打磨，直至截面光滑。

选择尼龙布和偏软的研磨剂(如MgO、ZnO等)，抛磨至表面光滑发亮，无划痕即可，之后放入装有无水乙醇中，在超声清洗仪中清洗5min，去除表面粘附的抛光膏和污渍，最后经吹风机快速吹干。

(C)光学显微镜观察：先选择50倍对全貌进行观察，再选择合适的放大倍数拍摄显微图片，如图2和3所示。孔隙的算术平均值就是面积孔隙率，依次磨去5～10个截面，将每个截面上的孔隙率相加取平均值，即得到体积孔隙率。图2和3为单向T700/聚酰亚胺复合材料层压板的微观形貌图。

(2)碳纤维增强树脂基复合材料层压板的场发射扫描电子显微镜观察；用场发射扫描电子显微镜观察超声检测过的碳纤维增强树脂基复合材料层压板试样，具体操作步骤如下：

(A)按显微金相法制备好碳纤维增强树脂基复合材料层压板试样，表面喷涂一定厚度的金以获得清晰的图像。喷金的具体参数为：真空度1.3×10^-6Pa、喷涂时间5～10s、金层厚度0.5～0.8μm。

(B)场发射电子显微镜观察。场发射电子显微镜观察的显微图像如图4-5所示。孔隙的算术平均值就是面积孔隙率，依次磨去5～10个截面，将每个截面上的孔隙率相加取平均值，即得到体积孔隙率。图4-5为场发射电子显微镜观察的T300/环氧树脂复合材料层压板孔隙的微观形貌，放大倍数为10 000倍。

3.纤维增强树脂基复合材料层压板的高精度CT检测及缺陷成像；用高精度CT检测对超声检测过的碳纤维增强树脂基复合材料层压板进行检测，检测试样尺寸为4mm×2mm×2mm。