碳纖維復(fù)合材料的無損檢測方法探討

肖亞楠

摘 要：無損檢測是一種先進(jìn)的、科技含量較高的檢測技術(shù)，不會對被檢測物質(zhì)的外觀和性能造成任何不利影響，最大限度的保證了被檢測物質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的完整，且檢測精度高，檢測結(jié)果十分可靠，現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè)之中。本文將對無損檢測技術(shù)加以簡介，并論述無損檢測技術(shù)在碳纖維復(fù)合材料中的應(yīng)用優(yōu)勢以及幾種較為常用的無損檢測方法，以期實(shí)現(xiàn)無損檢測技術(shù)的迅速推廣，促使無損檢測在碳纖維復(fù)合材料檢測工作中能夠真正的發(fā)揮實(shí)效。

關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料；無損檢測；方法；應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料是由兩種及以上物質(zhì)組成的新型材料，其強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，功能齊全，能夠很好的滿足軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域的應(yīng)用需求。隨著人們生活水平的提高，對生活環(huán)境也提出了更高的要求，碳纖維復(fù)合材料具有其他材料無法比擬的巨大優(yōu)勢，因此其發(fā)展前景無疑將會非常的廣闊。為了進(jìn)一步提高材料性能，使碳纖維復(fù)合材料的效用得到最大化的發(fā)揮，在碳纖維復(fù)合材料中應(yīng)用無損檢測技術(shù)是十分必要的。

一、無損檢測技術(shù)簡介

傳統(tǒng)的檢測技術(shù)大多具有破壞性，在檢測工作完成后被測物質(zhì)的外觀或性能或多或少的會受到一定的影響，因此大多數(shù)檢測技術(shù)都只能針對物質(zhì)的某個形態(tài)或用途進(jìn)行檢驗(yàn)，這為檢測工作增加了難度，同時也限制了檢測技術(shù)的發(fā)展。無損檢測技術(shù)指的是在不破壞被測物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性能的情況下，利用物質(zhì)的內(nèi)部缺陷對其進(jìn)行檢驗(yàn)的方法，通常需要借助物理儀器和設(shè)備，以便精確觀察物質(zhì)在接觸熱、光、磁時發(fā)生的變化。無損檢測技術(shù)具有動態(tài)性、實(shí)時性、兼容性的特征，所得的檢測結(jié)果非常準(zhǔn)確，基本上能夠滿足大多數(shù)物質(zhì)的檢測需求。

一般來說，無損檢測技術(shù)具有以下三個特點(diǎn)：首先是非破壞性，指的是在采用無損檢測技術(shù)時不會破壞被測物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能，最大限度的保證了物質(zhì)的完整性；其次是全面性，無損檢測技術(shù)的檢測范圍廣泛，可以用于對物質(zhì)的全面檢測；最后是全程性，無論被檢測物質(zhì)是原料、半成品、成品，或者是加工前、加工中、加工后都可以進(jìn)行檢測。除此之外，無損檢測技術(shù)也可以檢測正在運(yùn)行中的設(shè)備，以便及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，避免安全事故的發(fā)生。

二、無損檢測技術(shù)在碳纖維復(fù)合材料中的應(yīng)用優(yōu)勢

由于碳纖維復(fù)合材料是由多種原料經(jīng)過特殊工藝加工而成，如果這些原料的化學(xué)反應(yīng)不完全，或者是元素成分的占有量不科學(xué)，抑或者是材料結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，那么碳纖維復(fù)合材料在生產(chǎn)和使用中必然會存在缺陷或損傷。運(yùn)用無損檢測技術(shù)在碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)和使用過程中對其缺陷和損傷進(jìn)行檢測，根據(jù)具體的缺陷選擇檢測方法，能夠大幅度降低檢測成本，檢測結(jié)果也比較準(zhǔn)確，為碳纖維復(fù)合材料的使用提供了可靠的依據(jù)，有力保障了碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)和使用更加科學(xué)、合理。

三、碳纖維復(fù)合材料的常用無損檢測方法

無損檢測方法比較多樣化，在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)根據(jù)碳纖維復(fù)合材料的缺陷和損傷形式來選擇具體的無損檢測方法，才能取得最為理想的檢測效果。對于碳纖維復(fù)合材料的表面缺陷可以用目測法，讓有經(jīng)驗(yàn)的檢測人員負(fù)責(zé)觀察材料表面，評估材料性能；對于無法用肉眼看到的缺陷和損傷，可使用其他的無損檢測方法，如紅外熱波檢測法、超聲波檢測法、滲透和層析檢測法等等。

（一）紅外熱波檢測方法

紅外熱波檢測是對碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加熱，在材料表面和內(nèi)部會形成溫度差，紅外輻射能力會根據(jù)材料溫度而發(fā)生變化，并呈現(xiàn)在紅外熱像儀上，形成清晰直觀的圖像，通過分析輻射分布來判斷材料內(nèi)部的缺陷。紅外熱波檢測通常用于檢測碳纖維層壓板的缺陷、沖擊性損傷以及碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部貼合型缺陷等。因?yàn)榧t外熱波檢測是運(yùn)用熱傳導(dǎo)原理，需要對材料進(jìn)行加熱，使材料內(nèi)部產(chǎn)生輻射，所以該方法耗費(fèi)的時間較長，對操作水平有著較高的要求，通常不能用于碳纖維復(fù)合材料的快速檢測。

（二）超聲波檢測方法

超聲波檢測是碳纖維復(fù)合材料檢測中最為普遍的一種檢測方法，在碳纖維復(fù)合材料表面施加超聲波后，超聲波會在材料內(nèi)部高速傳播，一旦達(dá)到材料邊緣或遇到不平整的界面，超聲波就會反射回來，此時在顯示屏上會出現(xiàn)清晰的波形，通過分析波形圖即可發(fā)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料的具體缺陷。超聲波在不同介質(zhì)中的傳播速率不同，產(chǎn)生的波形也會因缺陷的不同而出現(xiàn)不同的變化，能夠準(zhǔn)確定位出缺陷的具體位置，常常用于檢測碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部的裂紋、夾雜、空隙等缺陷。值得注意的是，超聲波檢測也存在一些缺點(diǎn)，由于超聲波無損檢測需要檢測人員觀察波形進(jìn)行判斷，容易受到檢測人員的經(jīng)驗(yàn)和能力的影響，而且超聲波檢測需要直接接觸材料表面，在探頭處要有耦合劑，會對被測材料表面造成污染，檢測精度也會隨之下降。

（三）滲透和層析檢測方法

采用滲透和層析檢測碳纖維復(fù)合材料缺陷，是利用各組分物理性質(zhì)的不同，將多組分混合物進(jìn)行分離及測定的方法。在研究碳纖維復(fù)合材料缺陷產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，利用氯化金滲透液優(yōu)良的滲透性能，對碳纖維復(fù)合材料鉆孔分層進(jìn)行滲透檢測研究，并總結(jié)出鉆孔立體分層模型。在電磁層析成像系統(tǒng)中，對帶缺陷的碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行圖像重建仿真。結(jié)果表明，采用精確重建算法的電磁層析無損檢測技術(shù)，可以探測碳纖維復(fù)合材料中的缺陷。滲透檢測方法可以檢測碳纖維復(fù)合材料由于鉆孔產(chǎn)生的分層缺陷。但是，滲透檢測方法是一種表面無損檢測方法，只適用于檢測表面開口的缺陷，無法對內(nèi)部缺陷進(jìn)行有效檢測。

四、結(jié)語

在碳纖維復(fù)合材料中應(yīng)用無損檢測技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)材料表面和內(nèi)部缺陷，檢測效率高，檢測結(jié)果也比較可靠，為碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)和使用提供了重要的參考依據(jù)。我們應(yīng)加強(qiáng)對無損檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用，將其推廣到各行各業(yè)之中，從而推動我國檢測行業(yè)的快速發(fā)展。

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