碳纤维、碳纤维复合材料的检测和研究

论文摘要

碳纤维是一种新型非金属材料,它和它的复合材料具有高比强度和高比模量等一系列的优异性能,被广泛应用于宇航、导弹、飞机、汽车以及文体用品等各个领域。在聚丙烯睛PAN碳纤维的生产过程中,原丝被普遍认为是制约我国碳纤维发展的“瓶颈”。(引自论文摘要)目前《,高性能聚丙烯腈PAN碳纤维基础科学问题(》项目号:2006CB605300)已经成为国家重点基础研究发展项目,首都师范大学物理系参与其课题研究。本文利用扫描电子显微镜观测原丝的纵面、断面,判断出原丝存在原纤结构。通过观察其截面和表面,发现在原丝内部存在杂质和空隙,并分析这些缺陷对原丝性能造成的影响。通过对比国产碳丝和进口碳丝的纵面、截面图,分析其性差距的来源。另外提出利用锁相红外的检测方法检测单根原丝的表面热分布,以此推断原丝的内部缺陷分布,此项工作待续。C/SiC作为一种新型的纤维增韧陶瓷基复合材料(CFCCs),具有低密度、耐高温、高韧性、高耐磨性、高化学稳定性、高导热性和高设计容限等一系列优点,在航空航天、核能反应堆等领域有着广阔的应用前景。目前,我国高推比航空发动机、运载火箭和战略导弹等都对C/SiC复合材料提出了明确而迫切的要求,这要求材料必须具有高可靠性,需要开展C/SiC的无损检测研究。针对此种需求,本文利用红外热波无损检测技术对西北工业大学提供的C/SiC复合材料板进行实际检测,实验过程中自行尝试了多种实验方法:包括采用EhermoScope系统与EchoTherm系统分别实验,采用反射法、透射法分别实验,采用空气中、浸水中分别实验,对结果分析对比,选取最佳。最后通过实验数据的分析处理,得到C/SiC复合材料板预埋缺陷的相关信息。除此之外,利用X射线检测方法对同一C/SiC复合材料板作检测,对比红外热波无损检测结果,形成优劣对比。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 材料介绍
• 1.2 红外热波无损检测技术
• 1.3 本课题的提出及意义
• 第二章 红外热波检测理论
• 2.1 热波理论
• 2.2 脉冲激励红外热波检测系统
• 2.3 系统工作原理
• 第三章 碳纤维的微观结构及性能
• 3.1 聚丙烯腈原丝的制备
• 3.2 原丝结构特性与碳纤维结构性能的关系
• 3.3 聚丙烯腈原丝的结构和性能
• 3.3.1 原丝的原纤构成
• 3.3.2 原丝表面及内部的缺陷
• 3.3.3 原丝的空气隙分布
• 3.4 碳纤维的结构和性能
• 3.5 探索性研究
• 第四章 C/SiC 复合材料的红外热波无损检测
• 4.1 C/SiC 复合材料和红外热波无损检测技术
• 4.2 C/SiC 复合材料板的红外热波无损检测
• 4.2.1 试件介绍
• 4.2.2 实验过程及分析
• 4.2.3 实验结果
• 4.2.4 实验结果处理及分析
• 4.3 C/SiC 复合材料板的X 射线检测
• 4.3.1 X 射线检测结果
• 4.3.2 结果对比
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢