一種複合材料孔隙率對比試塊的製造方法
2023-10-04 11:16:19
一種複合材料孔隙率對比試塊的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種複合材料孔隙率對比試塊的製造方法，包括步驟：(1)按照孔隙率對比試塊的厚度要求設計預浸料的鋪層，在每個鋪層上均勻灑入一份玻璃微球；(2)將鋪貼後的製件放入熱壓罐進行固化，對固化後的製件進行切邊形成對比試塊，然後對對比試塊進行超聲無損檢測，確定對比試塊的超聲衰減信號；(3)製備含真實氣孔缺陷的孔隙率試板，使用超聲波探傷儀對試板進行檢測，在試板中找到與步驟(2)中對比試塊的超聲衰減信號相同的區域，並做好記號；(4)將步驟(3)中所選取的區域進行金相顯微分析，確定孔隙率的數值。
【專利說明】一種複合材料孔隙率對比試塊的製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種複合材料孔隙率對比試塊的製造方法，特別是涉及一種針對碳纖維/環氧樹脂基複合材料進行孔隙率對比的試塊的製造方法。
【背景技術】
[0002]碳纖維增強樹脂基複合材料(CFRP)是一種高強度低重量的非金屬基複合材料，日益廣泛應用於航空、航天、汽車以及各生產生活領域。複合材料製件存在分層、脫粘、孔洞、孔隙率等缺陷。缺陷的檢測通常採用超聲波無損檢測方法。
[0003]超聲檢測(UT)是利用超聲波在被檢測材料中傳播時，材料的聲學特性和內部組織的變化對超聲波的傳播產生一定的影響，通過對超聲波受影響程度和狀況的探測了解材料性能和結構變化。在超聲波進入物體遇到缺陷時，一部分聲波會產生反射，接收器通過對反射波進行分析，來測量材料的厚度、來發現隱藏的內部缺陷，或來分析諸如金屬、塑料、複合材料、陶瓷、橡膠以及玻璃等材料的特性等。
[0004]孔隙率是複合材料製件裡面的一種常見缺陷形式，通常是由製件成型過程中工裝架橋、真空袋漏氣等因素造成的。孔隙率是由很多個密集的微型氣孔組成，氣孔的尺寸在幾十到幾百微米之間。微米量級的單個氣孔由於尺寸太小無法形成反射回波，但密集性氣孔數量很多，會對超聲波造成散射，導致底面回波的衰減。
[0005]傳統的孔隙率對比試塊的製造方法都是通過改變鋪貼、固化工藝來實現。通過改變抽真空、降低固化壓力、改變升降溫速率這些參數的確可以製造出含孔隙缺陷的試板，但是絕大多數情況下這些試板的孔隙率分布非常不均勻，孔隙率的數值可以從0.5%到3.0%以上，而且在某一較小孔隙率範圍內(如I?1.5%)無法切割出尺寸較大(生產中使用的孔隙率對比試塊尺寸一般為10mmXlOOmm)的孔隙率對比試塊，無法在實際的生產中使用。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是通過預埋人工缺陷的方式模擬製造複合材料孔隙率對比試塊，解決常規的工藝控制法無法製備面積較大、孔隙率均勻的試塊的問題。
[0007]本發明的目的是通過下述技術方案實現的:
[0008]本發明的複合材料孔隙率對比試塊的製造方法包括步驟:
[0009](I)按照孔隙率對比試塊的厚度要求設計預浸料的鋪層，在每個鋪層上均勻灑入一份玻璃微球，直到鋪貼完成；
[0010](2)將鋪貼後的製件放入熱壓罐進行固化，對固化後的製件進行切邊形成孔隙率對比試塊，然後對所述孔隙率對比試塊進行超聲無損檢測，確定所述孔隙率對比試塊的超聲衰減信號；
[0011](3)採用固化工藝控制法製備含真實氣孔缺陷的孔隙率試板，使用超聲波探傷儀對所述孔隙率試板進行檢測，在所述孔隙率試板中找到與步驟(2)中所述孔隙率對比試塊的超聲衰減信號相同的區域，並做好記號；
[0012](4)將步驟(3)中所選取的區域進行金相顯微分析，確定孔隙率的數值，該數值即為步驟(2)中所述孔隙率對比試塊的孔隙率標稱值；以及
[0013](5)改變添加玻璃微球的量，重複步驟(I)?(4)，以便製造出不同孔隙率級差的孔隙率對比試塊。
[0014]在步驟(3)中，通過改變抽真空方式、降低固化壓力或者改變升降溫速率來製備含真實氣孔缺陷的孔隙率試板。
[0015]優選地，所述玻璃微球的成分為二氧化矽，尺寸為20微米?50微米。
[0016]本發明採用預埋玻璃微球的方式，可以很方便地控制試塊的均勻度，因此可以比較容易地製備出尺寸較大、孔隙率分布均勻、適用於工程應用的孔隙率對比試塊。
[0017]另外，通過改變預埋玻璃微球的量，可以很容易控制孔隙率的大小，以便製造出不同孔隙率級差的對比試塊。
【具體實施方式】
[0018]示例的實施例並不旨在窮盡根據本發明的所有實施例。可以理解，在不偏離本發明的範圍的前提下，可以利用其它實施例，也可以進行結構性或者邏輯性的修改。
[0019]本發明是一種針對碳纖維/環氧樹脂基複合材料進行孔隙率對比的試塊的製造方法。具體操作步驟為:
[0020]1.按照孔隙率對比試塊的厚度要求設計預浸料的鋪層，根據鋪層的數量，設置需要添加玻璃微球的層數。按照添加層數，將玻璃微球均分成若干份。在鋪貼過程中，每個鋪層上均勻灑入一份玻璃微球，直到鋪貼完成。優選地,玻璃微球的成分為二氧化娃，尺寸為20微米?50微米。
[0021]2.將鋪貼後的製件放入熱壓罐進行固化，對固化後的製件進行切邊，將切邊後的製件作為孔隙率對比試塊。然後，對該對比試塊進行超聲無損檢測，確定對比試塊的超聲衰減信號。
[0022]3.通過改變抽真空方式、降低固化壓力、改變升降溫速率來製造含真實氣孔缺陷的孔隙率試板。對該試板進行超聲無損檢測，並找到與第2步中孔隙率對比試塊的超聲衰減信號相同的區域，並將該區域標註。
[0023]4.在第3步標註的區域中選取5個1mmXlOmm的試樣,按照GB3365進行金相顯微分析，統計面孔隙率值，並將該值作為第2步中孔隙率對比試塊的標稱值。
[0024]5.改變添加玻璃微球的量，重複前面步驟，以便製造出不同孔隙率級差的對比試塊。
[0025]本發明採用預埋玻璃微球的方式，可以很方便地控制試塊的均勻度，因此可以比較容易地製備出尺寸較大、孔隙率分布均勻、適用於工程應用的孔隙率對比試塊。另外，通過改變預埋玻璃微球的量，可以很容易控制孔隙率的大小，以便製造出不同孔隙率級差的對比試塊。
[0026]以上已揭示本發明的具體實施例的技術內容及技術特點，然而可以理解，在本發明的創作思想下，本領域的技術人員可以對上述公開的各種特徵和未在此明確示出的特徵的組合作各種變化和改進，但都屬於本發明的保護範圍。上述實施例的描述是示例性的而不是限制性的，本發明的保護範圍由權利要求所確定。
【權利要求】
1.一種複合材料孔隙率對比試塊的製造方法，其特徵在於，所述製造方法包括步驟: (1)按照孔隙率對比試塊的厚度要求設計預浸料的鋪層，在每個鋪層上均勻灑入一份玻璃微球，直到鋪貼完成； (2)將鋪貼後的製件放入熱壓罐進行固化，對固化後的製件進行切邊形成孔隙率對比試塊，然後對所述孔隙率對比試塊進行超聲無損檢測，確定所述孔隙率對比試塊的超聲衰減信號； (3)採用固化工藝控制法製備含真實氣孔缺陷的孔隙率試板，使用超聲波探傷儀對所述孔隙率試板進行檢測，在所述孔隙率試板中找到與步驟(2)中所述孔隙率對比試塊的超聲衰減信號相同的區域，並做好記號；以及 (4)將步驟(3)中所選取的區域進行金相顯微分析，確定孔隙率的數值，該數值即為步驟(2)中所述孔隙率對比試塊的孔隙率標稱值。
2.根據權利要求1所述的複合材料孔隙率對比試塊的製造方法，其特徵在於，還包括步驟: (5)改變添加玻璃微球的量，重複步驟(I)?(4)，以便製造出不同孔隙率級差的孔隙率對比試塊。
3.根據權利要求1所述的複合材料孔隙率對比試塊的製造方法，其特徵在於，在步驟(3)中，通過改變抽真空方式、降低固化壓力或者改變升降溫速率來製備含真實氣孔缺陷的孔隙率試板。
4.根據權利要求1到3中任一項所述的複合材料孔隙率對比試塊的製造方法，其特徵在於，所述玻璃微球的成分為二氧化娃，尺寸為20微米?50微米。
【文檔編號】G01N29/30GK104407060SQ201410635365
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】劉奎, 張婷, 周暉, 黃姿禹, 張冬梅, 劉衛平, 沈瑤, 戚方方 申請人:上海飛機製造有限公司, 中國商用飛機有限責任公司