超声扫描显微镜CFRP碳纤维复材的应用

引言：说起碳纤维复合材料，相信很多伙伴对它都特别熟悉，大到航空飞行器制造，小到碳纤维自行车，碳纤维钓鱼竿。纤维复合材料在我国航空航天、风电领域、汽车领域、建筑领域、体育休闲领域都有广泛用途。

碳纤维复合材料在制造生产和特殊的服役环境中，会产生各种各样的缺陷。目前，世界上约占75%的复合材料零件都是通过超声波进行检测的，基于超声在复合材料中传播的信号变化情况，可以判断出复材内部的分层、气孔等缺陷。北京采声利用超声扫描显微镜设备，检测碳纤维复合材料（CFRP）生成超声C扫描图像可以呈现内部缺陷类型、缺陷位置等信息。

今天采声小编和大家聊一聊，关于碳纤维复合材料（CFRP）的工艺制备会造成哪些缺陷，及如何利用超声原理检测的？

碳纤维复合材料（CFRP），专业名词碳纤维增强塑料，英文全称（Carbon Fiber Reinforced Plastics），是由碳纤维和树脂基体组成的一种高性能材料。它具备轻质高强的特点，多用于航空制造中，但是受制造工艺、成型工艺及加工工艺的影响，复合材料内部容易出现空隙、分层、夹杂、脱粘等缺陷。以下是几种常见CFRP成型工艺特点。

首先将碳纤维增强复合材料预浸在树脂基中，形成预浸料片；其次将预浸料片铺放在模具中进行加热、加压处理，使树脂基体固化；最后形成碳纤维复合材料制品。

优势：可以制备复杂形状和结构的纤维复合材料制品。

劣势：造价高，而且加热固化时间较长，成型质量不易把控。

首先将密封型模具注入树脂基体；其次通过真空或压力使树脂基体渗透到碳纤维增强材料中；最后进行固化成型。

优势：成型速度快，缩短生产周期。

劣势：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。

首先准备合适形状和尺寸的芯模；其次将浸渍液态树脂的碳纤维丝束缠绕在芯轴上；最后进行加热固化成型。

优势：适用于管状或柱状，力学性能优异。

劣势：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。

也叫拉拔成型，先将浸渍液态树脂的碳纤维引入并穿过模具，在进行加热固化成型，适用于杆状，钓鱼竿就采用此工艺制造的。

优势：适用于大批量生产，生产效率高。

劣势：设备投资大。

在目前实际应用中，RTM因制造成较低，成形效率高，是现在最流行的一种纤维复合材料制备工艺，根据应用需求，技术也在不断发展和创新，为了提高复合材料的良品率，检测这一环节是所有生产制造中不可忽略的，目前国际上对碳纤维（CFRP）相关材料检测上制定了一些标准，如ASTM E2580-17、HB7825-2007 等。

超声波检测材料内部缺陷，早在1980年代就被提出，不同类型的缺陷与其相应的回波信号有一定的关系，这样可以更好的判断碳纤维复材内部存在分层缺陷还是空隙缺陷了。

超声扫描显微镜（英文：Scanning Acoustic Microscope）简称超声SAM。基于超声波会被材料反射、散射、吸收或阻挡的物理特性，通过高频超声换能器接收反射和透射信号，构建二维超声C扫描图像，可以对不同材料内部缺陷进行检测。

采声研发多款超声扫描显微镜：如水浸超声、空耦超声、喷水超声分别对碳纤维复合材料（CFRP）进行检测。可以更好地解决复合材料是否长时间泡水问题和特殊结构复材运动控制机构扫描问题。

设备一：水浸超声检测CFRP碳纤维复材——碳纤维层压板

设备二：空耦超声检测CFRP碳纤维复材——人工打孔缺陷

设备三：喷水超声检测CFRP碳纤维复材——气瓶

随着科学技术的快速发展，碳纤维复合材料由于其优异的性能，被广泛地应用在各个领域。 在工业生产中，由于材料在长时间的使用过程中会产生一些肉眼无法看到的内部缺陷，这些缺陷一旦积累起来，就会给设备带来巨大的经济损失，严重时还会导致设备的安全事故。超声扫描显微镜对检测复合材料内部质量具有重要意义。