浅谈碳纤维复合材料的无损检测

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1、浅谈碳纤维复合材料的无损检孤!]陈桂新深圳市龙岗区工程质量监督检验站摘要:碳纤维复合材料在建筑、交通运输、宇航工业等方面得到广泛的应用。为保证复合材料的安全应用，复合材料的检测研究受到人们的广泛重视。木文主要探讨碳纤维复合材料的无损检测技术。关键词：碳纤维复合材料；无损检测1碳纤维复合材料无损检测现状1.1红外热波检测方法红外热波无损检测的基木原理是对检测材料进行主动加热，利用被检测材料内部热学性质差异以及热传导的不连续性使物体表面温度产牛差异，进而在物体表面的局部区域形成温度梯度。温度不同时红外辐射能力也随着发牛变化，借助红外热像仪对被测试件进行

2、探测，根据红外热像仪探测的辐射分布来推断被测试件的内部缺陷。李艳红等⑴用红外热波无损检测技术对碳纤维层压板的圆形缺陷进行了检测研究。试验结果显示，该技术能以育•观易懂的图像形式展现出被检材料内部的缺陷情况。原始图像和一阶微分图像能较清楚地显现出轮廓及温度变化过程，还可以做缺陷尺寸标定及深度测量。但由于热图对材料非均匀性的敏感，也可能会对某些试件缺陷造成误判。通过利用红外热波检测方法对碳纤维层压板冲击损伤研究。结果表明，红外波检测方法可以清晰地表征碳纤维层压板的纤维走向，还可以确定冲击损伤在试件内部随深度的变化过程。李晓霞等⑵对低速冲压后的碳纤维复合

3、材料进行了红外热波检测分析，研究了损伤面积和冲击能量之间的关系。结果表明，红外热波不仅对冲击损伤的大小具有检测能力，还可以对损伤材料内部冲击点处的扩展损伤模式进行有效的检测。霍雁等⑶利用脉冲红外热成像技术，对碳纤维复合材料试样内部的模拟脱粘缺陷深度进行测量硏究。利用该方法测量脱粘缺陷深度的精度由单点法标定测量结果，实现了在被检测材料热属性参数未知的情况下能较准确地测量脱粘缺陷深度。金国锋等⑷为了实现对复合材料内部界面贴合性缺陷的快速检测和识别，采用超声红外热波方法进行检测研究。结果表明，超声热波方法适于复合材料裂纹、分层、冲击损伤等界面贴合型缺陷的

4、快速检测和识别，而对脫粘等非界面贴合型缺陷检测无效果。综上，红外热波检测技术可以对碳纤维复合材的裂纹、分层等内部缺陷进行无损检测，但是根据红外热波检测的原理可知，检测过程要经过加热、热传导、形成温度梯度，进而产生辐射等多个步骤，因此，在检测过程中需要一定的吋间，不能进行快速的扫描检测。1.2渗透和层析检测方法采用渗透和层析检测碳纤维复合材料缺陷，是利用各组分物理性质的不同，将多组分混合物进行分离及测定的方法。通过在研究碳纤维复合材料缺陷产生机理的基础上，利用氯化金渗透液优良的渗透性能，对碳纤维复合材料钻孔分层进行渗透检测研究，并总结出钻孔立体分层模

5、型。许羽等⑸在电磁层析成像系统中，对带缺陷的碳纤维复合材料进行图像重建仿真。结果表明，采用精确重建算法的电磁层析无损检测技术，可以探测碳纤维复合材料中的缺陷。渗透检测方法可以检测碳纤维复合材料由于钻孔产生的分层缺陷。但是，渗透检测方法是一种表面无损检测方法，只适用于检测表面开口的缺陷，无法对内部缺陷进行有效检测。1.3声发射检测方法声发射检测是通过接收和分析材料的声发射信号，评定材料性能和结构完整性的一种无损检测方法。材料中因裂缝扩展、塑性变形或相变等引起的应变快速释放而产生的应力波现象称为声发射。王兵等⑹利用声发射技术对典型的碳/环氧碳纤维复合材

6、料的1/11混合模式分层行为和层间断裂韧性进行实验研究。结果表明，碳纤维铺层在损伤与断裂不同阶段所释放的声发射信号特征不同，声学检测能有效地监测其剪切、混合分层和张力分层过程。声发射检测能有效判断碳纤维复合材料的内部活动过程，判定损伤类型，在碳纤维复合材料结构与完整性评价中有良好的应用价值。通过对碳纤维复合芯损伤进行了声发射信号研究。结果表明，不同应力损伤与声发射信号功率谱频率之间有一定的对应关系,而树脂基体断裂和碳纤维断裂两种不同缺陷的声发射信号有明显的区别。声发射检测技术可以有效地检测出碳纤维复合材料的内部缺陷及损伤类型。但是，对声发射法来说，

7、缺陷所处的位置和方向并不影响声发射的检测效果，即用声发射检测技术无法检测岀缺陷的位置。1.4微波无损检测方法微波检测技术是以微波物理学、电子学和微波测量为基础的微波技术应用。以微波作为信息载体，对各种材料构件和自然现象进行检测和诊断，对物体性能和工艺参数等非电量进行非接触、非污染的快速测量和监控，是一门新兴的综合性技术科学。微波检测的原理是研究微波与物质之间的相互作用，通过微波的物理特性（如反射、散射、衍射、透射及多普勒效应等）及被检测材料的电磁特性（如介电常数和损耗的相对变化）来测量微波基本参数的变化，以实现对被测材料的性能、缺陷等非电量的检测。

8、根据微波检测的原理不同，微波检测可以分为微波穿透法、微波散射法和微波反射法等。微波穿透检测方法是利用微波信号在被测材料中单