碳纖維復(fù)合材料：是先進(jìn)復(fù)合材料中重要的增強(qiáng)材料，比鋁還要輕，比鋼還要硬，密度是鐵的1/4，強(qiáng)度是鐵的10倍。碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、耐輻射、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能。此外，還具有纖維的柔曲性和可編性。碳纖維既可用作結(jié)構(gòu)材料承載負(fù)荷，又可作為功能材料發(fā)揮作用。

碳纖維應(yīng)用背景與檢測(cè)

碳纖維復(fù)合材料被廣泛的應(yīng)用用于國防工業(yè)領(lǐng)域，是飛機(jī)、無人機(jī)、箱體、火箭、衛(wèi)星、艦船等先進(jìn)裝備*的戰(zhàn)略性材料。在風(fēng)力發(fā)電、體育休閑、交通運(yùn)輸、汽車工業(yè)、能源、化工、建筑等民用領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。

雖然，碳纖維復(fù)合材料作為一種新興材料已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但是在生產(chǎn)過程中，由于工藝不穩(wěn)定，空隙、夾雜等缺陷無法*避免，它的橫向承載與抗剪能力較低，在沖擊或疲勞等載荷的作用下極易發(fā)生損傷直至破壞。

研究表明，試樣厚度不同時(shí)碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能會(huì)發(fā)生明顯的變化。因此，為了保證碳纖維復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，需要對(duì)碳纖維復(fù)合材料的厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制。碳纖維復(fù)合材料在制造過程中產(chǎn)生的典型缺陷主要包括空隙、分層、脫粘和表面損傷; 在使用過程中產(chǎn)生的典型損傷主要有刀痕或劃傷、腐蝕坑、分層、脫粘、圓孔變形和有分層產(chǎn)生的下陷等。

本次，通過利用奧林巴斯超聲相控陣探傷技術(shù)（奧林巴斯探傷儀）并結(jié)合 Olympus 的復(fù)合材料檢測(cè)專用輪式探頭，對(duì)碳纖維復(fù)合材料檢測(cè)分析來驗(yàn)證相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果。

檢測(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象

材質(zhì)：碳纖維復(fù)合材料（CFRP）

尺寸：寬度102mm，厚度 5mm，長度不定

表面狀態(tài)：表面有塑料薄膜覆蓋，部分位置可見塑料薄膜氣泡

檢測(cè)設(shè)備配置

主機(jī)：Omniscan 系列 奧林巴斯探傷儀（便攜式）或 Focus PX（臺(tái)式）

探頭：復(fù)合材料檢測(cè)專用超聲相控陣輪式探頭 RollerForm

耦合方式：水耦合

檢測(cè)結(jié)果分析

1.1 較長的 1 號(hào)復(fù)合材料試塊檢測(cè)結(jié)果

由上圖可見，C 掃描圖像中無明顯缺陷信號(hào)，只有個(gè)別深藍(lán)色點(diǎn)狀信號(hào)，在 B 掃描圖中可以看到這些藍(lán)色點(diǎn)狀信號(hào)為非常微小的點(diǎn)狀缺陷，這樣的信號(hào)一般不認(rèn)為是缺陷信號(hào)。而只有信號(hào)幅度非常高（通常為紅色信號(hào)），且面積較大時(shí)才認(rèn)為是缺陷信號(hào)。

因而 1 號(hào)試塊無明顯缺陷，為完好試塊，且該試塊的表面塑料薄膜完好，未見明顯氣泡。

1.2 較長的 2 號(hào)復(fù)合材料試塊檢測(cè)結(jié)果

由下圖可見，較長的 2 號(hào)復(fù)合材料試塊同樣沒有明顯缺陷信號(hào)，底面回波清晰可見。

1.3 較短的 3 號(hào)復(fù)合材料試塊檢測(cè)結(jié)果

右下圖可見，較短的 3 號(hào)試塊可見明顯的缺陷，而且在 C 掃描圖像上布滿了這樣的缺陷，因而可判斷該試塊在制作過程中存在問題，為不合格工件。

1.4 較短的 4 號(hào)復(fù)合材料試塊檢測(cè)結(jié)果

較短的 4 號(hào)試塊可見明顯的缺陷，如下圖所示。而且在 C 掃描圖像上布滿了這樣的缺陷，因而可判斷該試塊在制作過程中存在問題，為不合格工件。

下圖為去掉塑料薄膜之后的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)比上面的檢測(cè)結(jié)果可見，表面信號(hào)明顯增強(qiáng)了，而一些由于薄膜氣泡造成的偽缺陷信號(hào)消失了，因而在薄膜出現(xiàn)氣泡的情況下，去掉薄膜以后再檢測(cè)，可以消除由于薄膜氣泡造成的影響。

檢測(cè)結(jié)果總結(jié)

檢測(cè)實(shí)驗(yàn)可見，較長的 1 號(hào)和 2 號(hào)試塊的情況較好，未見明顯的缺陷信號(hào)。而較短的 3號(hào) 和 4 號(hào)試塊則存在較多的內(nèi)部分層缺陷，使用超聲相控陣探傷技術(shù)（奧林巴斯探傷儀）結(jié)合 Olympus 的復(fù)合材料檢測(cè)專用輪式探頭，可以有效地檢測(cè)該工件，可明顯區(qū)分缺陷信號(hào)，檢測(cè)結(jié)果比較理想。