碳纤维复合材料的无损检测技术探讨

　　随着当今科学技术的告诉发展，对材料的要求越来越高，由单一物质构成的材料已经无法满足人们的要求，因此由两种及两种以上的物质构成的复合材料逐渐成为当今人们关注的焦点，并在各个行业展现出了不可估量的发展前景。在大力提倡智能环保的今天，开发高性能、高附加值的复合材料成为复合材料发展的必然趋势，碳纤维复合材料作是一种先进复合材料，对其研究不可忽视。

　　1 碳纤维复合材料

　　碳纤维复合材料是由两种或两种以上不同元素、不同形装、不同性质的物质复合形成的新型材料。各种物质在性质和功能上能够互相补充互相弥补，增强物质的功能和效应，使碳纤维复合材料的总体功能和性质比组成物质优越，并且能够满足各种不同的场合和场所的要求。

　　碳纤维复合材料在军事领域的应用有导弹发动机的壳体、民兵系列发动机的喷管扩张段等，国外先进战略、战术固体火箭发动机等方面都有较多的应用，是因其较高的比强度、比模量。碳纤维复合材料除了在军事领域有应用外，在民用领域也有很多应用，如飞机的外壳构件、动车组的刹车系统、汽车的复合材料结构件、汽车的高性能碳纤维轴承、渔杆、滑雪板、球拍等。由于碳纤维生产成本的逐步下降和生产规模的扩大，其应用也必将迅速扩大，如新型电极材料、增强混凝土、新型取暖装置乃至日常生活用品等方面。同时对其质量和性能的要求也会提高。

　　2 无损检测

　　所谓无损检测，就是在不破坏被检测物质原来的形状和大小、不改变被检测物质的性质和功能的基础上，对物质的结构和功能进行检测，并能够保证被检测物质的可靠性和安全性的检测技术。该技术是利用声、光、热、电、磁等对物质内部结构、存在的缺陷、造成的损伤和物质的质量等进行检测，并达到对物质的判断和评价。

　　3 无损检测技术在碳纤维复合材料检测中的应用

　　碳纤维复合材料在生产工艺过程中，碳纤维复合材料在生产制造和使用过程中之所以存在缺陷和遭受损伤，是由于受到碳纤维的形状和大小不规则、制作过程中的化学反应速率、各种元素的占有量、结合用的树脂的用量和粘度等的影响。为了更好地利用碳纤维复合材料，在使用前和使用中都要能够实施对其检测，因此无损检测技术成了不可缺少的检测方法使其应用到碳纤维复合材料的检测中。

　　碳纤维复合材料制成后的损伤和缺陷的检测是非常重要的，这样不仅能检测出碳纤维复合材料的损伤和缺陷的所在，还能检测和评估其性能的好坏。无损检测方式很多，针对碳纤维复合材料不同的损伤和缺陷形式，应采用不同的无损检测手段。碳纤维复合材料表面有裂纹与损伤可用目视法，表面贯穿裂纹与分层可用渗透法，内部缺陷检测，厚度测量，材料性能表征可用超声波法，表面微裂纹、孔隙、夹杂、贫胶、纤维断裂等可用 X 射线法，载荷试验过程中的裂纹产生与扩展可用声发射法，胶接构件可用激光全息法，不同的检测方式都有其优缺点。

　　无损检测技术被应用到碳纤维复合材料的损伤和缺陷的检测中的方法有超声波检测法、X 射线检测法、声发射检测法。无损检测技术是一门应用型技术学科并建立在现代科学技术基础之上，它具有较强的工艺性或操作性并着重于科学技术的具体应用，。操作过程的熟练程度，在检测结果的准确性方面有很大程度的决定作用。

　　4 碳纤维复合材料的超声波检测

　　超声波是可以检测但是人耳却听不到的声波，频率范围在 20KHz－ 103MHz 之间，它在介质中可以传播、反射、折射、干涉、衍射、转换波形。超声波检测是利用声波的传播、反射、折射、干涉、衍射、转换波形等特性实现超声波探伤的目的。若要实现探测缺陷的大小和位置可根据超声波在被检测材料中的衰减、反射与共振的情况来判断，若要实现探测缺陷的类型可根据超声波在被检测材料中的传播的情况和实际探伤经验来判断。超声波在检测复合材料构件缺陷的同时，也能检测复合材料构件的质量，这对复合材料构件应用的安全性提供了保障。超声波检测可以分为反射法和穿透法，对于由碳纤维复合材料制成的大型结构的构件在检测时赢采用水喷穿透法和水喷脉冲反射法，对于由碳纤维复合材料制成的较厚结构的构件在检测时赢采用直探头脉冲反射法，，对于由碳纤维复合材料制成的薄的曲率不大的构件在检测时赢采用带延迟块的直探头脉冲反射法，对于由碳纤维复合材料制成的平面层压板在检测时赢采用带延迟块的直探头脉冲反射法。

　　碳纤维复合材料无损检测中应用的最为广泛的无损检测探伤方法之一超声波法，已经有很多人在这方面做出了研究。许有昌利用超声波检测对碳纤维复合材料舱体舱体结构特点和缺陷产生的原因进行了专门的研究，认为对碳纤维复合材料舱体缩比件的缺陷检测应采用超声波检测。魏勤等利用超声波对铝基 SiC 复合材料进行了研究，研究过程中 Al/SiC 材料中的裂痕或凝聚物直观地显示出来，便于我们判定工件的缺陷的位置。

　　5 结束语

　　碳纤维复合材料在投入使用前和使用中出现结构损伤是无法避免，这是由碳纤维复合材料本身的结构特点和成型方法决定的。但是当碳纤维复合材料制成的构件要被应用到非常重要的航空、航天领域时，对其结构的安全性和可靠性的要求就非常高。所以由碳纤维复合材料制成的构件的缺陷和损伤的检测就显得十分重要。近年来，无损检测技术在碳纤维复合材料检测中的应用已成为人们关注的焦点，它不仅能检测构件的缺陷和损伤，还能检测构件的质量。无损检测技术中超声波检测法是应用最广泛、使用频率最高的一种无损检测技术，体现在保证产品可靠性和安全性上。

　　参考文献

　　［1］魏勤，等超声 C 扫描成像系统在铝基复合材料无损检测中的应用［J］． 华东船舶丁业学院学报，2000，14．

　　［2］许有昌． 碳纤维复合材料舱体超声波检测工艺研究［D］． 南京: 南京理工大学，2006．

　　［3］王小永，钱华． 先进复合材料中的主要缺陷与无损检测技术评价［J］． 无损探伤，2006，30．

　　［4］唐桂云，等先进复合材料的无损检测［J］． 纤维复合材料，2006，3．