碳纤维增强复合材料铣削和钻孔技术研究进展

碳纤维增强复合材料(特别是碳纤维增强树脂基复合材料和碳/碳复合材料)具有比强度和比模量高、耐高温、抗腐蚀等特点,被广泛应用于航空航天等领域.由于碳纤维增强复合材料硬度高、脆性大、层间剪切强度低等特点,使其在加工中容易出现毛刺、分层、撕裂等加工缺陷,并且刀具磨损快、耐用度低.针对碳纤维增强树脂基复合材料和碳/碳复合材料的加工问题,从铣削和钻削两个方面讨论了加工参数、加工刀具、切削力预测以及超声振动钻孔和螺旋铣孔等方面的技术,总结了目前提高碳纤维增强复合材料加工质量的工艺方法.     

用Weibull模数表征碳纤维的力学性能

碳纤维属于脆性材料,随机分布的缺陷控制其抗拉强度。用Weibull最弱连接理论及经验方程式可阐明和计算抗拉强度与CV值以及与直径的关系。本文提出用拉格朗日乘子多元回归计算的双参数双模态韦氏模型方法,并用直接拟合法计算三参数双模态韦氏模型,得到了很好的结果。     

铝-碳化硅相互作用对纤维强度的影响

本文测试了液态法知固态法制造的SiC/A1复合材料的萃取纤维强度,发现SiC纤维与铝接触后强度明显下降.温度愈高、时间愈长,强度损失愈严重。强度下降的原因可能是铝与纤维表层的游离碳和SiO_2反应后在表面留下凹坑或脆性化合物所致。     

扫描电子显微镜研究聚丙烯腈纤维的织态结构和缺陷

高性能碳纤维及其复合材料是近十多年来国际上迅速发展起来的,用于航天和航空技术上的一种新型材料。聚丙烯腈(PAN)纤维是制造高性能碳纤维的重要原料。碳纤维的性能与所用PAN纤维的质量及生产碳纤维的工艺条件有密切的关系。特别是所用PAN纤维的织态结构(包括所有各级的超分子结构)及其缺陷对所制的碳纤维的结构和性能有很大影响。为制得高性能的碳纤维,必须尽可能去消除碳纤维表面和内部缺陷(这些缺陷限制了碳纤维的强度及强度的均匀性)。必须指出,PAN纤维的内部缺陷和一些外部缺陷往往将原封不动地保留在碳化后所得的碳纤维中,而且PAN纤     

阶梯钻钻削碳纤维复合材料的钻削力及孔质量

根据碳纤维复合材料制孔过程中产生的缺陷,自主磨制专用钻头——阶梯钻对碳纤维复合材料进行钻削实验,研究了在不同加工参数下阶梯钻钻削碳纤维复合材料的钻削力、孔出口质量、孔壁表面粗糙度,并与普通麻花钻头进行对比。结果表明:阶梯钻产生的钻削轴向力是麻花钻的一半,孔壁表面粗糙度值更小,孔出口没有明显的缺陷,阶梯钻适合钻削碳纤维复合材料。     

碳纤维表面化学气相沉积C＋SiC对抗氧化性能及强力的影响

本文通过自行研制化学气相沉积炉,在碳纤维表面沉积 C SiC 涂层,研究了未处理的碳纤维和有 C SiC 涂层的碳纤维抗氧化性能与单丝强力位的差异。实验结果表明:在碳纤维表面沉积 C SiC 涂层后,这种涂层的碳纤维的抗氧化性能与单丝强力值都大大优于未处理的碳纤维,同时,实验数据进一步验证了适度氧化可提高碳纤维的强度。     

浅析影响高模量碳纤维/ 树脂基复合材料力学性能的因素

为提高高模量碳纤维复合材料的力学性能,研究改性氰酸酯、5228、4211与碳纤维结合面结合性能.用SEM、AFM、微脱粘仪、万能力学试验机等仪器设备,观察了碳纤维表面微观形貌、树脂基体与碳纤维结合面微观粘接情况,并对复合材料的宏观力学性能进行分析研究.结果表明,高模量碳纤维随着模量的提高,袁层的缺陷与沟槽减少、表面活性降低,与树脂的结合面粘接强度减弱;改性氰酸酯与纤维的结合面粘接性能较好、5228次之、4211较差;树脂与纤维结合面粘接强度大的,其复合材料的力学性能好.     

薄层化大丝束碳纤维复合材料性能研究

采用自制多辊系统薄层化装置对12K和50K大丝束碳纤维进行了薄层化试验,并研究了薄层化对大丝束碳纤维的渗透特性以及复合材料的内部结构和弯曲性能的影响。结果表明,对12K和50K大丝束碳纤维,利用自制的薄层化装置均可以得到较理想的薄层化效果;薄层化后由于纤维束厚度变薄,预成型体中纤维分布更均匀,预成型体的渗透率降低,渗透均匀性提高;薄层化后大丝束碳纤维增强的复合材料内部缺陷更少或更小,纤维-树脂分布均匀性提高;复合材料弯曲模量和弯曲强度均有提高,且性能分散性更小。     

碳纤维复合材料超声扫描分层检测及评价方法

由于碳纤维增强复合材料（CFRP）具有各向异性的特点,在其钻削加工中极易形成分层、撕裂以及毛刺等加工缺陷,而分层对碳纤维层合板构件的性能影响最大,因而建立一套准确的针对分层缺陷的检测、描述以及评价方法对层合结构碳纤维复合材料的有效应用具有重大意义。从分层缺陷的形成机理出发,通过对现有分层缺陷的检测以及评价体系的分析,提出了基于高频超声扫描显微镜（SAM）来进行分层缺陷检测评价的三维体积分层因子评价方法,并针对T800/X850碳纤维单向层合板对该方法进行了定征试验,最后通过对实际加工孔的分层缺陷的评价,综合对比了三维体积分层因子评价方法与传统评价方法的应用效果。结果表明：分层缺陷是由力热耦合引起的层间粘结失效,出口处更为严重;用超声扫描显微镜检测分层,可检测不少于8层的碳纤维复合材料,至少可以清晰表达5层的内部分层特征;分层会发生隔层传播,并且两个相邻铺层为同向的层间结合强度最好,不易产生隔层传播;三维体积分层因子可以更准确清晰地评价复合材料层合结构的内部缺陷。     

碳纤维复合材料制孔新工艺及实验研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)传统钻削加工容易出现孔口缺陷的问题,本文首先从理论上分析了缺陷产生的机理。在此基础上提出了"以磨代钻、钻磨结合"的CFRP制孔加工新工艺,从加工机理上避免了孔口缺陷的产生。并研制出新型的大孔用电镀CBN钻磨复合刀具和小孔专用砂轮,进行了具体钻磨复合制孔实验。结果表明,此工艺CFRP高精度和高质量的孔加工提供了一条行之有效的加工方法。     

复合材料中碳纤维方向和弯曲缺陷的微波检测

通过研究微波信号在复合材料中的传播特性,利用N5225A网络分析仪对复合材料中碳纤维的方向和纤维弯曲变形进行了微波无损检测研究,用微波信号的反射系数相位和幅值来表征纤维方向和纤维变形缺陷的变化。结果表明:在30~40GHz范围内,中间层纤维方向为90°和0°的复合材料,反射系数相位差和幅值差随频率的增大而增大,在40GHz时相位差为48°,幅值差为0.37;在频率为36GHz时可以用反射系数相位差来表征纤维弯曲缺陷,反射系数相位差最大变化为2.65°,在频率为38GHz时可以用反射系数幅值差表征纤维弯曲缺陷,反射系数幅值最大变化为0.004;检测纤维方向时的灵敏度要远远大于检测纤维弯曲缺陷时的灵敏度。     

植入FBG的碳纤维复合材料全寿命周期结构状态研究

将光纤光栅传感器与碳纤维复合材料进行一体化集成设计,在碳纤维复合材料内部植入光纤光栅传感器,验证了埋置工艺的可行性,确认了其可实时监测环境温度值,研究了植入光纤光栅传感器后碳纤维复合材料的结构强度变化及光纤光栅的信号传递率。试验结果表明:碳纤维复合材料埋入光纤光栅传感器前后结构强度变化率小于10%,光纤应变信号传递率高于90%,光纤光栅传感器可以作为碳纤维复合材料结构进行从加工固化、使用过程直至破坏的全寿命周期的结构强度监测的有效手段。     

7050铝合金锻件缺陷容限值试验方法研究

缺陷容限设计方法充分考虑直升机的特点,将损伤容限设计思想巧妙地应用于直升机的设计中,通过缺陷容限值保证关键动部件的服役安全。本文采用疲劳极限反推的方法测试了三种尺寸的缺陷容限门槛值,分别采用有限元法和Y.Murakami公式计算缺陷容限门槛值,结果表明:含有265μm,374μm,480μm缺陷尺寸的三种试件缺陷容限门槛值基本相同;缺陷容限门槛值明显低于长裂纹门槛值,采用长裂纹门槛值作为缺陷容限门槛值会导致偏于危险的结果;有限元法与Y.Murakami公式应力强度因子计算结果非常接近,Y.Murakami公式计算结果略低于有限元法。     

碳纤维热重分析

前言碳纤维或石墨纤维材料是近年来研制成功的一种新型材料。由于它具有高的机械强度、高的有效烧蚀热、高刚性、低比重、耐高温等特性,所以用它制造的各种复合材料广泛地用于导弹、火箭和飞机的重要结构和烧蚀部件。因此,对碳纤维材料进行热重     

碳纤维添加碳泡沫的电磁屏蔽效能及力学性能研究

为了制备高效轻质兼备优异的电磁屏蔽性能及力学性能的复合材料,本研究以酚醛树脂为基体,碳纤维为填料,经高温碳化制得了碳纤维添加酚醛树脂基碳泡沫。探究了碳纤维含量对复合材料的结构、电磁屏蔽效能及力学性能的影响。结果表明,碳纤维可以有效改善碳泡沫的泡孔结构,当碳纤维含量为3wt%时,泡沫基体的泡孔达到小且均匀的状态,平均泡孔直径为150μm,同时碳纤维可以有效提高碳泡沫的电磁屏蔽效能,当碳纤维含量为3wt%时,复合材料的压缩强度和弯曲强度分别达到了4.41和3.85 MPa,比纯碳泡沫分别提高了60.3%和71.8%。当碳纤维含量为5wt%时,碳泡沫对频率为8~12 GHz的电磁波的平均屏蔽效能达到35 d B。     

碳/环氧波导滤波器导电层电铸工艺研究

前言碳/环氧波导滤波器是一种微波器件。该器件由于采用了环氧碳纤维做为结构材料,所以具有重量轻、强度高、尺寸稳定等特性。但是,环氧碳纤维复合材料是电的非良导体,所以用这种材料制成的波导管不起滤波作用。要使环氧碳纤维做成的波导管成为滤波器,就必须在结构复杂的波导     

碳纳米管改性对碳/ 环氧复合材料层间性能的影响

研究了在碳纤维织物上生长碳纳米管的改性对环氧树脂基复合材料层间性能的影响,对比了有无碳纳米管的碳纤维复合材料的层间剪切和弯曲性能,并采用碳纤维表面结合碳纳米管膜的方法研究了碳纳米管对碳/环氧复合材料层间性能的影响。结果表明,由于生长的碳纳米管长度过长(10μm)、末端无序排列为笼状,树脂无法进入碳纳米管内部,碳纳米管无法发挥增强作用,同时由于碳纳米管过长,复合材料内部缺陷增多,使得四种生长碳纳米管的碳纤维复合材料层间性能均有下降;而碳纳米管膜与碳纤维和树脂基体结合较好,使得复合材料层间剪切强度提高12%。     

T800HB碳纤维复合材料壳体定量化等强度补强技术

文摘T800HB碳纤维性脆,制备的复合材料壳体易在封头部位低压破坏。为克服传统补强方式给筒段纵向带来的冗余质量,采用等强度补强理念,以Φ150 mm壳体为研究对象,借鉴复合材料壳体应力平衡系数,通过应变分析与试验验证,定量化得出等强度增强所需材料的厚度。研究结果表明,定量化等强度补强技术可行、可靠,制备的T800HB碳纤维壳体的爆破压力均达到设计值,筒段纵向材料强度不再富余,特别对提高大长径比壳体的PV/W值有积极作用。     

用碳纤维的电沉积处理来提高其增强塑料的层间剪切强度

 用电沉积方法将含羧基的共聚物沉积于碳纤维表面后,可以使单向碳纤维增强环氧的层间剪切强度从未处理时的650kg/cm~2提高到1000kg/cm~2以上,用扫描电子显微镜观察剪切断口,得到与强度数据一致的破坏模式,表明电沉积层的界面粘合作用提高了纤维-树脂基体界面传递应力的能力,改变了界面附近裂缝的形成和扩展。已有数据还表明,此法在提高层间剪切强度的同时,并不削弱其它力学性能。用红外光谱等实验初步证实了电沉积过程的负离子——自由基机理,观测到沉积层在纤维表面的附着情况。     

碳纤维复合材料机械连接接头的设计

碳纤维复合材料是一种比较理想的材料,它的比强度和比刚度大,抗疲劳性能和减振性能好,摩擦系数小,耐高温,因此,近年来在航空、航天上的应用越来越广泛。碳纤维复合材料和金属材料一样,既可以铆接、螺接,又可以销接、胶接。我厂采用这