超声扫描显微镜在碳纤维复合材料的应用

在节能环保的需求的促进下，新能源汽车呈现快速发展趋势，有了碳纤维复合材料的加持，方可缓解“电动化”带来车重增加，解决历程焦虑和耐久问题；在航空制备中，利用碳纤维丝束制成的零部件，不仅可减重300千克，每年还可增加1000万美元净收益，显著的运营成本进一步推进了碳纤维对生产的需求。

碳纤维编织形状

根据很多纤维制造厂反应，碳纤维性能虽然突出，但是在加工过程中需要严格控制纤维缠绕方向，不当的加工工艺会导致纤维断裂，分层等缺陷。严重影响碳纤维材料的性能。碳纤维复合材料本身的各向异性，也会受力学差异的影响出现应力集中和失效问题。今天我们利用超声扫描显微镜检测纤维内部质量情况。

超声扫描显微镜

超声扫描显微镜在复合材料领域中的应用

复合材料层压板

复合材料层压板原材料：碳纤维增强环氧树脂预浸料

试样采用工艺：手工铺叠，热压罐高温固化成型

RTM成型

这种成形工艺优势在于成型速度快，缩短生产周期；劣势在于树脂的注入和固化需要精准控制，否则内部容易形成气泡，影响纤维质量。因此，这种层压式材料，可以利用超声扫描显微镜进行断层切片扫描，结果如下。

超声SAM可以根据材料结构参数，设置扫描层数，这是碳纤维层压板第一层到第十一层扫描结果，可看出每一层缺陷形态。

纤维缠绕气瓶

工业DOT气瓶：原材料为碳纤维增强环氧树脂预浸料

试样采用工艺：缠绕成型

这种成形工艺优势在于适用于管状或柱状，力学性能优异；劣势在于受于芯模尺寸限制，这种工艺常用于制作氢，氧气瓶，若出现内部缺陷，危害极大。

纤维孔隙缺陷超声C扫描图像

碳纤维缠绕气瓶约为同体积金属气瓶重量的一半，让使用者可以轻松自如，气瓶在使用时，应提前利用超声扫描显微镜进行检验，若发现内部有纤维断裂，禁止再次充装使用。

以上两个案例说明超声扫描显微镜对复合材料内部分层、裂纹、孔隙可以检测出，而近年来，在航空发动机制造、军工陶瓷防护装甲、新能源汽车、液冷板、蜂窝板、钎焊焊接等行业都离不开这种超声无损检测技术。