第一篇：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料分層缺陷的檢測(cè)研究

碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料分層缺陷的檢測(cè)研究

賈繼紅

【1】，許愛(ài)芬

【1】，路學(xué)成【2】，謝霞

【2】

摘要：碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料由于其高溫下仍保持高硬度、高強(qiáng)度，質(zhì)量輕等性能被廣泛應(yīng)用于軍事工業(yè)，但復(fù)雜的制造過(guò)程使得缺陷不可避免并影響使用。本文采用正交小波對(duì)碳纖維復(fù)合材料的探傷信號(hào)進(jìn)行多尺度分析，通過(guò)對(duì)小波基、分解層數(shù)地選取以及對(duì)細(xì)節(jié)信息地處理和分析，總結(jié)出判定分層缺陷的損傷程度的方法，使得材料在失效前被提早發(fā)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)表明該方法有效。

關(guān)鍵詞：碳纖維；復(fù)合材料；小波分析；無(wú)損檢測(cè)

Tisting Study On Lamination Of Carbon fibrerein forced

composite material Jia Ji Hong[1],Xu Ai Fen[1],Lu Xue Cheng[2],Xie Xia[2]

Abstract: Carbon fibrerein Composite materials was widely used in war industry for keeping high-hardness、high-strength,and light weight etc,but the defect could not be helped after complicated manufacturing,and influenced use.Applied the orthogonal wavelet to explore carbon fibre reinforced composite material for the multiple-dimensioned analysis, put forward a method for estimating damaging degree by selecting basic wavelet、decomposing layer-number and detail signal processing.It’s advantage is that prevent the materal from invalidating,，and this method was proved effective.Key words: Carbon fibrerein ；Composite materials；Wavelet analys；nondestructive test

1.引言

近年來(lái)，碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料在工業(yè)甚至國(guó)防建設(shè)中有了長(zhǎng)足發(fā)展，特別是在飛機(jī)制造上，機(jī)體結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料化程度是衡量飛機(jī)先進(jìn)性的一個(gè)重要指標(biāo)。然而，碳纖維復(fù)合材料是復(fù)雜的各項(xiàng)異性多相體系，其質(zhì)量存在離散性，成型過(guò)程與服役條件極其復(fù)雜，環(huán)境控制、制造工藝、運(yùn)輸以及操，作等都可能造成材料缺陷【2】使得結(jié)構(gòu)失效。因此，結(jié)構(gòu)材料的無(wú)損檢測(cè)（NDT）無(wú)論是在制造上還是在實(shí)時(shí)應(yīng)用上都顯得尤為重要。

分層缺陷是碳纖維復(fù)合材料中最常見(jiàn)的缺陷形式，復(fù)合材料層合板在壓縮載荷作用下將依次發(fā)生脫粘分層、分層擴(kuò)展、再屈曲、最后壓縮破壞。含分層損傷的復(fù)合材料層合板在面內(nèi)壓縮載荷作用下，其圓形分層缺陷上下端點(diǎn)的局部區(qū)域內(nèi)材料受橫向拉應(yīng)力作用為主；分層缺陷大小對(duì)復(fù)合材料層合板的抗壓強(qiáng)度和屈曲臨界載荷影響顯著；分層缺陷大小對(duì)復(fù)合材料層合板的壓縮彈性模量影響不顯著；對(duì)于4.40 mm厚復(fù)合材料層合板，當(dāng)分層缺陷尺寸達(dá)到孔隙30 %就要考慮修補(bǔ)【3】。

超聲檢測(cè)是目前無(wú)損檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛的一種。在超聲缺陷檢測(cè)中，回波信號(hào)通常是一種被探頭中心頻率調(diào)制的寬帶信號(hào)，該信號(hào)是屬于時(shí)頻有限的非平穩(wěn)信號(hào)，因此選用具有時(shí)頻局部放大能力的小波變換技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和分析非常適宜。2.小波變換基本原理

2-1小波變換的特點(diǎn)

小波（wavelet）有兩個(gè)特點(diǎn)：一是“小”，即在時(shí)域和頻域都具有緊支集或近似緊支集；二是正負(fù)交替的“波動(dòng)性”，也就是直流分量為零。小波分析是將信號(hào)分解成一系列小波函數(shù)的疊加，而這些小波函數(shù)都是由一個(gè)母小波函數(shù)經(jīng)過(guò)平移與尺度伸縮得來(lái)的。相比傅里葉變換：用不規(guī)則的小波函數(shù)來(lái)逼近尖銳變化的信號(hào)顯然要比光滑的正弦曲線好得多。由于所研究的信號(hào)為復(fù)合材料的超聲檢測(cè)信號(hào)，采樣取得，故選用一維離散小波變換。

2-2離散小波變換

在實(shí)際應(yīng)用中，為了方便使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、處理，信號(hào)f(t)都要離散化為離散序列，伸縮因子a 和平移因子τ也必須離散化，成為離散小波變換，記為DWT。

離散小波變換定義為：

*WTf(a0j,k?0)??f(t)?a(t)dt

j?0,1,2,...,k?Z j,k?00為了減小小波變換系數(shù)冗余度，將小波基的α、τ離散化，而待分析信號(hào)f(t)和分析小波??j,k?(t)中的時(shí)間變量t并沒(méi)有離散化。

002-2-1 小波基的選擇

主要通過(guò)用小波分析方法處理信號(hào)的結(jié)果與理論結(jié)果的誤差來(lái)判定小波基的好壞，由此決定小波基。雖然依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不同，但總的來(lái)說(shuō)，具有對(duì)稱性的小波不產(chǎn)生相位畸變；具有好的正則性的小波易于獲得光滑的重構(gòu)曲線，從而可以減少誤差。綜上考慮，選用Daubechies(dbN)小波作為小波基。

Daubechies(dbN)小波： dbN 是簡(jiǎn)寫，N 為小波的階數(shù)。小波ψ(t)和尺度函數(shù)φ(t)中的支撐域?yàn)?N-1，ψ(t)的消失矩為N。除N＝1 外，dbN 不具有對(duì)稱性（即非線性相位）。dbN 沒(méi)有明確的表達(dá)式（除了N＝1 外），但轉(zhuǎn)換函數(shù)h 的平方模是很明確的。Daubechies 小波具有以下特點(diǎn)：

ⅰ 在時(shí)域上是有限支撐的，即ψ(t)長(zhǎng)度有限。而且其高階原點(diǎn)矩?tp?(t)dt?0，p=0~N；N值越大，ψ(t)的長(zhǎng)度就越長(zhǎng)。ⅱ 在頻域上ψ(ω)在ω＝0 處由N 階零點(diǎn)。

ⅲ ψ(t)和它的整數(shù)位移正交歸一，即：??(t)?(t?k)dt??k。ⅳ 小波函數(shù)ψ(t)可以由所謂“尺度函數(shù)”φ(t)求出來(lái)。尺度函數(shù)φ(t)為低通函數(shù)，長(zhǎng)度有限，支撐域在t=0~(2N-1)范圍內(nèi)。如圖2.1 和2.2 所示，此為 Daubechies 小波(N=1、2、3、4、5、10)的ψ(t)及φ(t)的波形。

圖2.1 db1-db10 的小波函數(shù) Fig 2.1 Function of wavelet db1-10

圖2.2 db1-10 的尺度函數(shù)

Fig 2.2Scale function of wavelet db1-10 2-2-2 小波分解層數(shù)的確定

根據(jù)小波分析理論，因?yàn)樾〔ǚ纸膺^(guò)程是迭代的，理論上它能無(wú)限進(jìn)行下去。小波分解層數(shù)越多，信號(hào)的高低頻部分就分解的越徹底；同時(shí)，分解層數(shù)越多，計(jì)算量也就越大，由于在小波分解過(guò)程中每次分解都會(huì)對(duì)所得到的系數(shù)進(jìn)行“二次采樣”，這樣就使得系數(shù)的長(zhǎng)度變?yōu)樯弦粚酉禂?shù)長(zhǎng)度的一半。本實(shí)驗(yàn)研究使用的信號(hào)長(zhǎng)度為128，如果按定義進(jìn)行分解，當(dāng)分解了7 次以后，系數(shù)的長(zhǎng)度值就會(huì)變?yōu)?，如果再分解下去就失去了實(shí)際意義。因此，分解層數(shù)要小于等于7。

借鑒熵的標(biāo)準(zhǔn)可以完成分解層數(shù)的選擇。

⑴ 信息熵的定義：對(duì)于給定信號(hào)s ={s(k)},信息熵定義為：

E(s)??p(k)?logk

1p(k)

p(k)?其中，s(k)2s2是信號(hào)的第k 個(gè)元素的規(guī)范化能量，此處將信號(hào)歸

1plog()limxlogx?0p的值定義為0； 一化處理。根據(jù)：x?0，將p=0 時(shí) ⑵ 信息熵的物理意義：反映了信源輸出消息之前平均不確定性程度的大小，熵越大，信息的不確定性越大；

⑶ 信息熵表示信源輸出每個(gè)符號(hào)所提供的平均信息量，它是一種信息的測(cè)度。分別對(duì)原始信號(hào)和低N（N＝1，2，3，4，5）級(jí)細(xì)節(jié)系數(shù)求信息熵，分解層數(shù)越多，得到的細(xì)節(jié)系數(shù)的熵越小，表明信息的確定性越大，若細(xì)節(jié)系數(shù)的熵與原始信號(hào)的熵之比小于5%，則認(rèn)為此時(shí)細(xì)節(jié)系數(shù)已確定，分解層數(shù)已滿足要求，不需要進(jìn)一步分解。本實(shí)驗(yàn)選擇db5 小波函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解，按信息熵的定義公式進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)進(jìn)行第五層小波分解時(shí)，第五層細(xì)節(jié)的系數(shù)信息熵與原始信號(hào)的信息熵之比恰好小于5%，故分解層數(shù)選擇5。3.材料損傷程度的判定

將超聲檢測(cè)的原始信號(hào)進(jìn)行去噪處理，去噪后的信號(hào)如圖3.1 所示：

圖3.1去噪后的原始信號(hào)

Fig 3.1 Original signal of obliterated noise 原始信號(hào)即使是去除了噪聲也很難從中分辨帶有損傷特征的重要部分，更不可能判斷材料的損傷情況。因此，需要將原始信號(hào)（s）進(jìn)行細(xì)節(jié)提取，即小波變換：選用db5 為小波基對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行5層分解，分解后的近似系數(shù)和細(xì)節(jié)系數(shù)如圖3.2所示：

圖3.2 損傷信號(hào)的5 層分解

Fig 5.8 Decompose of 5 layers of damaged signal 由圖可知，5層分解能夠清楚地顯示信號(hào)所有細(xì)節(jié)特征，可從中提取顯示缺陷特征的細(xì)節(jié)進(jìn)行分析。以此方法分別對(duì)三個(gè)原始去噪信號(hào)（采自三個(gè)損傷程度不同而材料相同的復(fù)合板）進(jìn)行5層小波分解，提取三個(gè)信號(hào)的第5層細(xì)節(jié)系數(shù)進(jìn)行分析和比較，如圖3.3～圖3.5所示：

圖3.3 損傷信號(hào)1的第5 層細(xì)節(jié)系數(shù)

Fig 3.3 Detal information of No.5 layer of damaged signal 1 5

圖3.4 損傷信號(hào)2的第5 層細(xì)節(jié)系數(shù)

Fig 3.4 Detal information of No.5 layer of damaged signal 2

圖3.5 損傷信號(hào)3的第5 層細(xì)節(jié)系數(shù)

Fig 3.5 Detal information of No.5 layer of damaged signal 3

先從三個(gè)復(fù)合板的細(xì)節(jié)信息中找出每個(gè)板的各次底面回波和缺陷處回波：相鄰兩個(gè)底面回波出現(xiàn)的時(shí)間間隔是相同的；由于回波能量越來(lái)越小，故底面回波幅值依次減??；缺陷處回波介于兩次底面回波之間，幅值介于首次回波和殘余噪聲之間。缺陷信號(hào)在每個(gè)頻率上的值都是對(duì)稱分布，幅值分布比較均勻，且大部分都在一定區(qū)域之內(nèi)，幅值大小描述了損傷程度。通過(guò)比較三個(gè)信號(hào)的細(xì)節(jié)系數(shù)可知：試件3 受損最嚴(yán)重，試件2 次之，試件1 最輕，但試件1 較其它兩個(gè)板受損數(shù)量多。分析結(jié)果與實(shí)際損傷情況相同，證明該判定方法有效。4.結(jié)論與展望

論文通過(guò)分析小波理論和信息熵概念，結(jié)合分析信號(hào)的特點(diǎn)，對(duì)小波基和分解層數(shù)進(jìn)行了選擇；對(duì)三個(gè)材料、結(jié)構(gòu)相同，損傷不同的復(fù)合板的原始去噪信號(hào)進(jìn)行小波分解，通過(guò)分析、對(duì)比最高層細(xì)節(jié)系數(shù)，判定了三個(gè)復(fù)合板的損傷程度，并總結(jié)出判定方法。

參考文獻(xiàn)

1.曹永友，李青青，王強(qiáng).碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車上應(yīng)用的新進(jìn)展.汽車工藝與材料AT&M，2008，10：54~57 2.張博明，葉金蕊，周正干.增韌樹脂基碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究，航空制造技術(shù)，2010（17）：78~81 3.方一帆，劉文博，張璐，王榮國(guó).飛機(jī)用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分層損傷研究進(jìn)展，實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理（Vol.27 No.9），2010，9：49~57 4.董曉馬，張為松.小波分析技術(shù)在復(fù)合材料損傷檢測(cè)中的應(yīng)用.儀器儀表學(xué)報(bào),2004，25（4）：489~491 5.馮占英，殷曉華，葉鵬.小波變換在超聲導(dǎo)波信號(hào)分析中的應(yīng)用，軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào)（Vol．13 No．9），2011,9:86~90

第二篇：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料性能的研究

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料性能的研究

摘 要：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以其優(yōu)異的綜合性能成為當(dāng)今世界材料學(xué)科研究的 重點(diǎn)。本文介紹了的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能，簡(jiǎn)述了增強(qiáng)機(jī)理、成型工藝及其應(yīng)用領(lǐng) 域和發(fā)展趨勢(shì)。

新材料的研究、發(fā)展與應(yīng)用一直是當(dāng)代高新技術(shù) 的重要內(nèi)容之一。其中復(fù)合材料，特別是先進(jìn)復(fù)合材料 在新材料技術(shù)領(lǐng)域占有重要的地位，對(duì)促進(jìn)世界各國(guó) 軍用和民用領(lǐng)域的高科技現(xiàn)代化，起到了至關(guān)重要的 作用，因此近年來(lái)倍受重視。

復(fù)合材料(Composite materials)，是以一種材料為基體(Matrix)，另一種材料為增強(qiáng)體(reinforcement)組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等?！?】

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)是目前最先進(jìn)的復(fù)合 材料之一。它以輕質(zhì)高強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、熱力學(xué)性能 優(yōu)良等特點(diǎn)廣泛用作結(jié)構(gòu)材料及耐高溫抗燒蝕材料，而這些優(yōu) 異的性能可使碳纖維成為一種十分良好的增強(qiáng)材 料。目前，碳纖維大部分應(yīng)用于碳纖維增強(qiáng)樹脂基 復(fù) 合 材 料（Carbon Fiber Reinforced Polymer Composite，簡(jiǎn)稱CFRP）。是其它纖維增強(qiáng)復(fù)合材料所無(wú)法比擬的。因?yàn)榄h(huán)氧樹脂的熱機(jī)械 性能、抗蠕變性能、粘接性能優(yōu)異而且吸濕性好； 固化收縮率和線膨脹系數(shù)小；固化溫度較低；較高 溫度下穩(wěn)定性好；尺寸穩(wěn)定性、綜合性能好[2]；而 且又與有機(jī)材料的浸潤(rùn)性能好等優(yōu)點(diǎn)，所以近年來(lái) 應(yīng)用最多的就是碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。目 前為止，CFRP 可以應(yīng)用于航空、航天，體育用品，交通工具，建筑材料等多個(gè)領(lǐng)域。無(wú)論是軍用還 是民用，隨著研究的不斷深入和工廠的大規(guī)模生產(chǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊。

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的性能【10】

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有一系列的優(yōu)異性能, 主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）具有高的比強(qiáng)度和比模量。CFRP的密度僅為 鋼材的 1/5，鈦合金的 1/3，比鋁合金和玻璃鋼（GFRP）還輕，使其比強(qiáng)度（強(qiáng)度 / 密度）是高強(qiáng)度鋼、超硬鋁、鈦合金的4倍左右，玻璃鋼的2倍左右；比模量（模量/ 密度）是它們的3倍以上。CFRP輕而剛、剛而強(qiáng)的特性 是其廣泛用于宇航結(jié)構(gòu)材料最基本的性能。

（2）耐疲勞。在靜態(tài)下，CFRP 循環(huán) 105 次、承受 90%的極限強(qiáng)度應(yīng)力時(shí)才被破壞，而鋼材只能承受極 限強(qiáng)度的 50%左右。對(duì)于碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材 料，在應(yīng)力作用下呈現(xiàn)粘彈性材料的疲勞特性，顯示出 耐疲勞特性。CFRP呈現(xiàn)出良好的抗蠕變性能，這可能 與碳纖維的剛性有關(guān)。

（3）熱膨脹系數(shù)小。碳纖維的熱膨脹系數(shù)α具有 顯著的各向異性，使其復(fù)合材料的α也具有各向異 性。

（4）耐磨擦，抗磨損。CFRP 有優(yōu)良的耐疲勞特 性、熱膨脹系數(shù)小和熱導(dǎo)率高的特性，具耐磨擦、抗磨 損的基本性能。再加之碳纖維具有亂層石墨結(jié)構(gòu)，自 潤(rùn)滑性好，適用于摩擦磨損材料。比磨耗量可用以下 三式表示。

Wr=KLa

a=(b+2)/ 3

N=（So /S）/ b

式中Wr 為比磨耗量； K為比例常數(shù)； S為循環(huán)作 用的應(yīng)力； So 為材料的拉伸強(qiáng)度； N為斷裂時(shí)的循環(huán)次 數(shù)。CFRP具有高的拉伸強(qiáng)度，是優(yōu)良的摩擦材料。

（5）耐蝕性。碳纖維的耐蝕性非常優(yōu)異，在酸、堿、鹽和溶劑中長(zhǎng)期浸泡不會(huì)溶脹變質(zhì)。CFRP 的耐蝕性 主要取決于基體樹脂。長(zhǎng)期在酸、堿、鹽和有機(jī)溶劑環(huán) 境中，刻蝕、溶脹等使其變性、腐蝕，導(dǎo)致復(fù)合材料性能 下降。

（6）耐水性好。碳纖維復(fù)合材料的耐水性好，可長(zhǎng) 期在潮濕環(huán)境和水中使用。一般沿纖維方向(0°)的強(qiáng)度 保持率較高，垂直于纖維方向(90o)的保持率較低。這可 能與基體樹脂的吸濕、溶脹有關(guān)。

（7）導(dǎo)電性好。碳纖維具有導(dǎo)電性能。對(duì)于 CFRP 導(dǎo)電性能來(lái)自碳纖維，基體樹脂是絕緣體。因此，CFRP 的導(dǎo)電性能也具有各向異性。

（8）射線透過(guò)性。CFRP對(duì) X射線透過(guò)率大，吸收 率小，可在醫(yī)療器材（如 X光機(jī)）方面應(yīng)用。增強(qiáng)機(jī)理 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料是以聚合物為基體(連續(xù)相)，纖維為增強(qiáng)材料(分散相)組成的復(fù)合材料。纖維材料的強(qiáng)度和模量一般比基體材料高得多，使它 成為主要的承載體。但是必須有一種粘接性能好的基 體材料把纖維牢固地粘接起來(lái)。同時(shí)，基體材料又能起到使外加載荷均勻分布，并傳遞給纖維的作用【11】。

這種復(fù)合材料的特點(diǎn)是，在應(yīng)力作用下，使纖維的 應(yīng)變與基體樹脂的應(yīng)變歸于相等，但由于基體樹脂的 彈性模量比纖維小得多，且易塑性屈服，因而當(dāng)纖維和 基體處在相同應(yīng)變時(shí)，纖維中的應(yīng)力要比基體中的應(yīng) 力大得多，致使一些有裂口的纖維先斷頭，然而由于斷 頭部分受到粘著它的基體的塑性流動(dòng)的阻礙，斷纖維 在稍離斷頭的未斷部分仍然與其周圍未斷纖維一樣承 擔(dān)相同的負(fù)荷。復(fù)合增強(qiáng)的另一原因是基體抑制裂紋 的效應(yīng)，柔軟基體依靠切變作用使裂紋不沿垂直方向 發(fā)展而發(fā)生偏斜，導(dǎo)致斷裂能有很大一部分用于抵抗 基體對(duì)纖維的粘著力，從而使銀紋在 CFRP 整個(gè)體積 內(nèi)得到一致，而使抵抗裂紋產(chǎn)生、生長(zhǎng)、斷裂以及裂紋 傳播的能力都大為提高。因此，CFRP的力學(xué)性能得到 很大的改善和提高【12】。實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

碳纖維（12K/T-300）：臺(tái)灣臺(tái)塑廠；環(huán)氧樹脂 E51：星辰化工無(wú)錫樹脂廠；固化劑：二乙烯三胺（DETA）分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；活 性稀釋劑：市售。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備 電子天平：H10KS，上海儀器總廠；電熱恒溫 鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9030 型，上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有 限公司；攪拌器：DF-1 型，榮華儀器制造有限公 司；模具：自制。

1.3 復(fù)合材料的制備

（1）將碳纖維干燥，條件為：150 ℃/2 h；（2）按規(guī)定配比配制樹脂膠液；

（3）采用手糊成型工藝制作層合板，并固化，固化條件為 100 ℃/3 h + 150 ℃/2 h；

（4）用萬(wàn)能制樣機(jī)切割標(biāo)準(zhǔn)樣條；

其中制作的層合板長(zhǎng)寬為 200 mm×200 mm，厚度為 5 mm 的方形板材，基體樹脂每層用量為 20 g，碳纖維每層平鋪，一共為 8 層，層與層之間的碳 纖維絲束成十字交叉排列。

試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 碳纖維含量對(duì)硬度的影響 顯微硬度試驗(yàn)結(jié)果示于圖 1。可以看出, 隨著 碳纖維含量的增加, 試樣的硬度呈現(xiàn) S 形增加趨 勢(shì), 增加幅度由小到大又由大到小。碳纖維是脆性 材料, 具有高的強(qiáng)度和比模量, 所以加入碳纖維能提 高試樣的硬度[ 5]?；w是樹脂材料, 其硬度較低, 當(dāng) 碳纖維含量較低時(shí), 由于在基體中較分散, 所以對(duì)顯 微硬度的貢獻(xiàn)較小;當(dāng)碳纖維含量> 10%, 碳纖維的 作用變的非常明顯, 所以硬度有較大幅度的增加;但 是, 當(dāng)碳纖維含量> 25% , 碳纖維的增強(qiáng)作用逐漸達(dá) 到飽和, 硬度的增加速度開始下降。總之, 碳纖維的 加入對(duì)硬度的提高非常明顯。

圖y為不同碳纖維含量樣品的電導(dǎo)率。從中可 以看出, 當(dāng)碳纖維含量< 10%時(shí), 電阻隨纖維含量的 增加急劇下降;當(dāng)碳纖維含量> 10%時(shí), 體積電阻的 變化趨于平緩, 電阻值的下降與碳纖維含量的增加 并不成正比, 有一個(gè)滲濾閥值, 這個(gè)滲濾閥值約為 15%。這表明, 碳纖維/ 酚醛樹脂復(fù)合體系在碳纖維 含量為 15%以上, 試樣具有一定的導(dǎo)電性能[ 6]。

上述結(jié)果可用以下理論解釋, 當(dāng)復(fù)合體系中導(dǎo) 電填料的含量在達(dá)到一個(gè)臨界值前, 其電阻率急劇 下降, 在電阻率導(dǎo)電填料含量曲線上出現(xiàn)一個(gè)狹窄 的突變區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi), 導(dǎo)電填料含量的任何細(xì) 微變化均會(huì)導(dǎo)致電阻率的顯著改變, 這種現(xiàn)象通常 稱為滲濾現(xiàn)象, 導(dǎo)電填料的臨界含量稱為滲濾閥值。在突變區(qū)域之后, 即使導(dǎo)電填料含量繼續(xù)提高, 復(fù)合 材料的電阻率變化甚小, 這反映在突變點(diǎn)附近導(dǎo)電 填料的分布開始形成導(dǎo)電通路網(wǎng)絡(luò)。導(dǎo)電高分子材 料的導(dǎo)電現(xiàn)象是由導(dǎo)電填料的直接接觸和填料間隙 之間的隧道效應(yīng)的綜合作用產(chǎn)生的;或者說(shuō)是由導(dǎo) 電通道、隧道效應(yīng)和場(chǎng)致發(fā)射三種導(dǎo)電機(jī)理競(jìng)相作 用的結(jié)果。在低導(dǎo)電填料含量及低外加電壓下, 導(dǎo) 電粒子間距較大, 形成鏈狀導(dǎo)電通道的幾率極小, 這 時(shí)隧道效應(yīng)起主要作用;在低導(dǎo)電填料含量和高外 加電壓時(shí), 場(chǎng)致發(fā)射理論變得顯著;在高導(dǎo)電填料含 量下, 導(dǎo)電粒子的間距小, 形成鏈狀導(dǎo)電通道幾率較 大, 這時(shí)導(dǎo)電通道機(jī)理的作用明顯增大[ 7]。

碳纖維含量對(duì)耐磨性的影響

試樣磨損完畢后, 每個(gè)試樣磨損前、后的質(zhì)量磨 損量與碳纖維含量的關(guān)系如圖 3 所示。從圖 3 可以 看出, 隨著碳纖維含量的增加, 復(fù)合材料的磨損率下 降、耐磨性能提高, 且提高程度隨著碳纖維含量的增加而減小, 最后趨于不變。

綜上所述，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料品種結(jié)構(gòu) 變化繁多，加工成型技術(shù)不斷更新，基礎(chǔ)理論研究方興 未艾，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，這些事實(shí)充分證明了這一材料在工程塑料中的領(lǐng)先地位。隨著基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研 究的不斷深入，該材料在取代金屬、節(jié)約能源、特殊專 用等方面將發(fā)揮獨(dú)特的作用，其巨大的潛力必將得到 進(jìn)一步挖掘。

總結(jié)碳纖維復(fù)合材料的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用有以下幾個(gè)方面: 4.1 航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[13] 碳纖維復(fù)合材料與鋼材相比其質(zhì)量減輕 75%，而 強(qiáng)度卻提高 4 倍，其最早最成熟的應(yīng)用當(dāng)屬在航空航 天領(lǐng)域，如軍用飛機(jī)、無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)及導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi) 星等。早在 1970 年代初期，美國(guó)軍用 F-14 戰(zhàn)斗機(jī)就部 分采用碳纖維復(fù)合材料作為主承力結(jié)構(gòu)。在民用航空 領(lǐng)域，如波音 767 和空中客車 A310 中，碳纖維復(fù)合材 料也占到了結(jié)構(gòu)質(zhì)量的 3%和 5%左右。近幾年隨著碳 纖維工業(yè)技術(shù)和航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，碳纖維在 這一領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，如用于制造人造衛(wèi)星支架、衛(wèi)星天線、航天飛機(jī)的機(jī)翼、火箭的噴焰口、戰(zhàn)略導(dǎo)彈 的末級(jí)助推器、機(jī)器人的外殼等。

4.2 體育休閑領(lǐng)域的應(yīng)用 體育休閑用品是碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的另一個(gè)重 要領(lǐng)域，如高爾夫球桿、滑雪板、滑雪車、網(wǎng)球拍、釣魚 竿等。用碳纖維復(fù)合材料制成的球拍與傳統(tǒng)的鋁合金 球拍相比，其質(zhì)量更輕、手感和硬度更好、對(duì)震蕩和振 動(dòng)的吸收也更好，且使用壽命大大延長(zhǎng)。同時(shí)由于復(fù)合 材料本身的可設(shè)計(jì)性，使得制造商在球拍的硬度、彈 性、球感、擊球性能的設(shè)計(jì)上，有了更大的想象空間。而 碳纖維釣魚竿由于其良好的韌性與耐用性，更是被廣 泛青睞。近年來(lái)，碳纖維復(fù)合材料在運(yùn)動(dòng)及休閑型自行 車零組件方面的應(yīng)用也非常廣泛。

4.3 交通運(yùn)輸領(lǐng)域 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在交通運(yùn)輸方面主要是汽車 骨架、螺旋槳芯軸、輪轂、緩沖器、彈簧片、引擎零件、船 舶的增強(qiáng)材料等，尤其在汽車方面的應(yīng)用更是潛力巨 大。早在 1979 年，福特汽車公司就在實(shí)驗(yàn)車上作了試 驗(yàn)，將其車身、框架等 160 個(gè)部件用碳纖維復(fù)合材料制 造，結(jié)果整車減重 33%，汽油的利用率提高了 44%，同 時(shí)大大降低了振動(dòng)和噪音。

4.5 其他工業(yè)領(lǐng)域 防彈產(chǎn)品方面，包括防彈頭盔、防彈服、防彈運(yùn)鈔 車和防彈汽車等；電子工業(yè)方面，包括各種反射面天 線、印刷電路板、殼架等；生物工程和人體醫(yī)學(xué)方面，包括人造關(guān)節(jié)、骨骼、CT掃瞄床板等；地鐵車輛、發(fā)熱 材料和電熱用品以及機(jī)械制造工業(yè)等復(fù)合材料產(chǎn)品 多種多樣，層出不窮，充分體現(xiàn)了其應(yīng)用多元化的趨 勢(shì)和特點(diǎn)。

【1】360百科

［2］ 張金祥．新型 BMI/環(huán)氧樹脂共固化體系的研究[D].大連：大連理 工大學(xué)，2011．

10張曉虎,孟宇,張煒.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨 勢(shì).纖維復(fù)合材料,2004,30(1):50～58.王汝敏,鄭水蓉,鄭亞萍.聚合物基復(fù)合材料及工藝.北京:科學(xué) 出版社,2004.12彭樹文.碳纖維增強(qiáng)尼龍66的研究.工程塑料應(yīng)用 13 蘇小萍.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀.高科技纖維與應(yīng) 用, 2004,29(5):34～36.

第三篇：復(fù)合地基檢測(cè)方案

復(fù)合地基檢測(cè)方案

一、檢測(cè)依據(jù)

1、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）

2、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）

3、《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）

4、《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50202-2002）

5、設(shè)計(jì)單位提供的《檢測(cè)任務(wù)書》

二、CFG樁檢測(cè)

CFG樁檢測(cè)項(xiàng)目包括復(fù)合地基承載力檢測(cè)和樁體完整性檢測(cè)。

（一）復(fù)合地基承載力檢測(cè)

1、檢測(cè)方法

采用單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。

2、儀器設(shè)備

擬采用RS-JYB靜載荷測(cè)試系統(tǒng)，改測(cè)試系統(tǒng)每套由以下設(shè)備組成：

油壓千斤頂

2000KN 1臺(tái) 位移傳感器

4只 壓力傳感器

1只 樁基靜載荷測(cè)試分析系統(tǒng)

1臺(tái) 電動(dòng)油泵

1臺(tái) 鋼梁、承壓板及其他附件若干。

3、檢測(cè)數(shù)量 工程總樁數(shù)0.5%～1%，且每個(gè)單體工程場(chǎng)地測(cè)點(diǎn)數(shù)不少于3根。具體檢測(cè)數(shù)量可參考《檢測(cè)任務(wù)書》，具體樁號(hào)隨機(jī)抽取或由監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)確定，對(duì)施工有疑問(wèn)的樁必須檢測(cè)。

4、試驗(yàn)要點(diǎn)（1）載荷裝置

采用承重梁加配重反力裝置，用千斤頂配合高壓油泵施加反力，試驗(yàn)補(bǔ)載、控制加荷量、記錄沉降位移均有儀器自動(dòng)控制。（2）加載與沉降觀測(cè) ①試驗(yàn)加載量

采用國(guó)標(biāo)規(guī)定的慢速維持荷載法。試驗(yàn)最大荷載大于設(shè)計(jì)要求值的兩倍。

②加載分級(jí)

加荷級(jí)差取最大加載量的1/8～1/12，第一級(jí)載荷加倍。③相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

每加一級(jí)荷載前后均應(yīng)各讀記承壓板沉降量一次，以后每半小時(shí)讀記一次。當(dāng)一小時(shí)內(nèi)沉降量小于0.1mm時(shí)，即可加下一級(jí)荷載觀測(cè)。

④靜載荷試驗(yàn)加載過(guò)程中出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止加載： a、沉降急劇增大，土被擠出或壓板周圍出現(xiàn)明顯裂縫。b、累計(jì)的沉降量已大于承壓板寬度或直徑的6%。c、總加載量達(dá)到設(shè)計(jì)要求值的兩倍以上。⑤樁頭處理

將樁頭截至設(shè)計(jì)標(biāo)高并鑿平。試驗(yàn)前墊約1.5cm厚中砂或粗砂并找平，試驗(yàn)正式開始前應(yīng)預(yù)壓。

⑥試驗(yàn)時(shí)間

應(yīng)在樁身強(qiáng)度達(dá)到要求后進(jìn)行試驗(yàn)。⑦資料處理及試驗(yàn)結(jié)果分析

當(dāng)壓力～沉降曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取比例界限；當(dāng)其值小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取極限荷載的一半。

當(dāng)壓力～沉降曲線是平緩的光滑曲線時(shí)，可按相對(duì)變形值確定：以粘性土為主的地基，取s/b(或s/d)=0.015所對(duì)應(yīng)的壓力為復(fù)合地基基本承載力；以粉土或砂土為主的地基，取s/b(或s/d)=0.01所對(duì)應(yīng)的壓力為復(fù)合地基基本承載力。按相對(duì)變形確定的承載力值應(yīng)不大于最大加載壓力的一半。(二)樁體完整性檢測(cè)

1、測(cè)試方法 采用低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)

2、儀器設(shè)備

(1)檢測(cè)儀器采用武漢巖海公司生產(chǎn)的RS-1616K(P)型基樁動(dòng)測(cè)儀，具有信號(hào)顯示、儲(chǔ)存和處理分析功能。

(2)激振設(shè)備為力錘。

3、檢測(cè)數(shù)量

不少于單位工程總樁數(shù)的10%，且每個(gè)單體工程不少于2根。具體檢測(cè)數(shù)量可參考《檢測(cè)任務(wù)書》，具體樁號(hào)隨機(jī)抽取或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理確定，對(duì)施工有疑問(wèn)的樁必須檢測(cè)。

4、試驗(yàn)要點(diǎn)

（1）在檢測(cè)前，對(duì)被測(cè)樁頭除去浮渣，鑿除松動(dòng)和有裂縫部分，大致鑿平，中心激振處和傳感器處要磨平。

（2）用黃油將傳感器粘在樁頂安裝傳感器的地方，傳感器安裝應(yīng)與樁頂面垂直，應(yīng)有足夠的粘貼強(qiáng)度，傳感器地面粘接劑越薄越好，傳感器應(yīng)安裝在距中心2/3半徑處。

（3）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選擇不同材質(zhì)的錘頭和錘墊，力棒的長(zhǎng)短根據(jù)樁的長(zhǎng)短相應(yīng)確定。

（4）激振方向應(yīng)沿樁軸線方向。

（5）電源及測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)處于正常狀態(tài)，接地良好，方可接通電源開始檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)用力棒進(jìn)行激振，測(cè)試信號(hào)由基樁動(dòng)測(cè)儀通過(guò)加速傳感器接收并存儲(chǔ)。

（6）測(cè)試參數(shù)的確定：

① 樁身波速可通過(guò)測(cè)試不少于5根現(xiàn)場(chǎng)完整樁，確定該工地樁身的波速平均值vc。

② 采樣時(shí)間間隔或采樣頻率根據(jù)樁長(zhǎng)、樁身波速和頻域分辨率合理選擇。

③ 傳感器的設(shè)定值按計(jì)量檢定結(jié)果設(shè)定。

（7）根據(jù)樁徑大小，樁心對(duì)稱布置2～4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)；每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)記錄的有效信號(hào)數(shù)應(yīng)不少于3個(gè)，并采集2個(gè)以上好的波形。

（8）測(cè)試時(shí)應(yīng)及時(shí)觀察實(shí)測(cè)波形的重復(fù)性，若一致性較差或有異常，應(yīng)分析原因，增加檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量。

（9）根據(jù)所測(cè)波形和樁的灌注日期、強(qiáng)度等級(jí)、地質(zhì)情況等因素，判定樁的完整性。給出檢測(cè)成果分析、結(jié)論、建議及整改措施。

三、砂石樁檢測(cè)

砂石樁檢測(cè)包括復(fù)合地基載荷試驗(yàn)和樁身密度試驗(yàn)，其中樁身密度試驗(yàn)可采用重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢查每米樁身的均勻性。

（一）復(fù)合地基承載力檢測(cè)

檢測(cè)方法、儀器設(shè)備、檢測(cè)數(shù)量和檢測(cè)要點(diǎn)同CFG樁的復(fù)合地基承載力檢測(cè)。

（二）樁身密度檢測(cè)

1、測(cè)試方法

采用重型動(dòng)力觸探（N63.5）檢查每米樁的均勻性。

2、儀器設(shè)備

重型動(dòng)力觸探儀由穿心錘、鋼砧和錘墊、觸探桿、圓錐探頭和導(dǎo)向桿。

3、檢測(cè)數(shù)量

單位工程總樁數(shù)的1%且不小于3根。具體檢測(cè)數(shù)量可參考《檢測(cè)任務(wù)書》，具體樁號(hào)隨機(jī)抽取或由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理確定，對(duì)施工有疑問(wèn)的樁必須檢測(cè)。

4、試驗(yàn)要點(diǎn)

① 先用鉆具鉆至試驗(yàn)樁頂標(biāo)高以上0.3m處，然后對(duì)所需試驗(yàn)樁每米連續(xù)進(jìn)行觸探。②試驗(yàn)時(shí)，穿心錘落距為（0.76±0.02）m，使其自由下落。記錄每打入砂石樁中0.10m時(shí)所需的錘擊數(shù)（最初保護(hù)樁0.30m不記）。

③每貫入1m，宜將探桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈半；當(dāng)貫入深度超過(guò)10m，每貫入20cm宜轉(zhuǎn)動(dòng)探桿一次。

④對(duì)實(shí)測(cè)擊數(shù)進(jìn)行桿長(zhǎng)修正后，根據(jù)每貫入10cm的擊數(shù)，繪制擊數(shù)～貫入深度曲線，根據(jù)貫入深度的錘擊數(shù)確定每米樁身的均勻性。

四、質(zhì)量、工期保證措施

（一）質(zhì)量保證措施

1、質(zhì)量檢測(cè)工作堅(jiān)持“質(zhì)量第一”的方針。質(zhì)量檢測(cè)的數(shù)據(jù)保證準(zhǔn)確、可靠。對(duì)影響檢測(cè)質(zhì)量的各種因素，采取有效地措施進(jìn)行控制，以確保檢測(cè)質(zhì)量。

2、用于檢測(cè)的所有儀器設(shè)備均按國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量司“關(guān)于在計(jì)量認(rèn)證中對(duì)檢測(cè)儀器設(shè)備進(jìn)行檢定、校驗(yàn)的規(guī)定”的要求檢定、校驗(yàn)合格。

3、對(duì)檢驗(yàn)過(guò)程中影響檢測(cè)質(zhì)量的各種因素，制定切實(shí)可行的控制方法，確保檢測(cè)質(zhì)量。

4、制定各項(xiàng)管理制度，使其規(guī)范化和制度化，崗位人員層層負(fù)責(zé)。

（二）工期保證措施

1、甲方提前1天通知乙方進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)，乙方檢測(cè)人員及時(shí)進(jìn)駐現(xiàn)場(chǎng)，并與施工方溝通，了解施工單位的工程施工安排和進(jìn)度計(jì)劃，以便安排檢測(cè)工作。

2、儀器設(shè)備種類和數(shù)量滿足各種檢測(cè)工作的進(jìn)度需要，并留有一定的富余量。

3、提前對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)維修，使設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)，檢查標(biāo)定日期，對(duì)過(guò)期或即將到期的的儀器設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定工作。

4、選派經(jīng)驗(yàn)豐富的檢測(cè)人員負(fù)責(zé)檢測(cè)工作，人員數(shù)量滿足進(jìn)度要求，并對(duì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和服務(wù)意識(shí)教育。

5、檢測(cè)前做好充分準(zhǔn)備工作，易損件和各種材料準(zhǔn)備充足，避免停工待料。

6、合理安排、組織協(xié)調(diào)各種實(shí)驗(yàn)檢測(cè)工作，以保證檢測(cè)不影響施工進(jìn)度。

7、檢測(cè)工作完成后，及時(shí)對(duì)資料進(jìn)行整理、分析，保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)及時(shí)提交檢測(cè)報(bào)告。

五、費(fèi)用計(jì)算

（一）CFG樁、砂石樁單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)

計(jì)費(fèi)方式：按實(shí)際試驗(yàn)加載量計(jì)費(fèi)，單價(jià)為120元/噸。

（二）CFG樁低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試

計(jì)費(fèi)方式：按實(shí)際檢測(cè)數(shù)量計(jì)費(fèi)，單價(jià)為260元/根。

（三）砂石樁重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

計(jì)費(fèi)方式：按實(shí)際測(cè)試深度計(jì)費(fèi)，單價(jià)為350元/米。

第四篇：2012年表面缺陷檢測(cè)研究現(xiàn)狀報(bào)告

目前表面缺陷檢測(cè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域在以下三個(gè)方面：

1，帶鋼表面缺陷檢測(cè)

2，塑料薄膜缺陷檢測(cè)

3，布匹表面缺陷檢測(cè)

其中布匹表面缺陷檢測(cè)包括有紡織布料檢測(cè)和無(wú)紡布料檢測(cè)： 紡織布料檢測(cè)

缺陷主要包括：飛絮、蚊蟲、臟點(diǎn)、斷（錯(cuò)）經(jīng)、斷（錯(cuò)）緯、結(jié)頭、漂白不勻等（根據(jù)國(guó)家的布匹檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，總共有超過(guò)50種以上的缺陷，這些缺陷將布匹分成不同檔次）。印染過(guò)程中的缺陷包括：套印不準(zhǔn)、偏色等。種類較多。

無(wú)紡布料檢測(cè)

檢測(cè)系統(tǒng)主要是為了發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的缺陷信息并將信息圖象進(jìn)行自動(dòng)分類判別。檢測(cè)對(duì)象：紡粘、水刺、熱扎、化學(xué)粘合、熱風(fēng)等無(wú)紡布材料生產(chǎn)過(guò)程中布面缺陷與疵點(diǎn)。檢測(cè)內(nèi)容：無(wú)紡布材料表面疵點(diǎn)（孔洞，熔點(diǎn)，亮點(diǎn)和昆蟲等）種類較少。

布匹表面檢測(cè)要求：

（1）實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)地對(duì)布匹疵點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記和記錄，這對(duì)圖像采集和圖像處理在速度上提出了很高的要求。通常布匹自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，布匹運(yùn)動(dòng)速度高達(dá)60米/分，一般要求布匹檢測(cè)系統(tǒng)能夠檢測(cè)到最小尺寸為0.5mm的疵點(diǎn)，因此系統(tǒng)需要有高性能硬件和高效率的檢測(cè)算法支持才能保證檢測(cè)系統(tǒng)與布匹運(yùn)動(dòng)同步。

（2）高檢測(cè)精度。高精度檢測(cè)是整個(gè)系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)要能快速準(zhǔn)確地鑒別和分出大小、方向、形狀各異的疵點(diǎn)類型，可用于診斷生產(chǎn)前序步驟各個(gè)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

（3）自適應(yīng)能力。檢測(cè)系統(tǒng)需要有很好的自標(biāo)定能力。為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性，往往要求標(biāo)定過(guò)程在線完成。

國(guó)內(nèi)外的研究狀況：

國(guó)內(nèi)外一般將疵點(diǎn)檢測(cè)分成三個(gè)層次:疵點(diǎn)判別、疵點(diǎn)分割和疵點(diǎn)分類。

疵點(diǎn)判別要求有很好的實(shí)時(shí)性、簡(jiǎn)單并且最好能在硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。

主要采用的技術(shù)是：

（1）基于共生矩陣特征

（2）基于分形的特征

（3）基于自適應(yīng)小波分解的特征

（4）基于模型的特征

（5）規(guī)則度和局部方位特征：該方法適用于結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)的紋理，易受噪聲干擾。

（6）基于離散小波包分解的特征：

疵點(diǎn)分割

（1）疵點(diǎn)分割中最常用的濾波器是Gabor濾波器

（2）邊緣檢測(cè)算子

（3）形態(tài)學(xué)運(yùn)算

（4）基于鄰域關(guān)聯(lián)的方法

疵點(diǎn)分類和評(píng)價(jià)

（1）基于幾何特征

（2）基于統(tǒng)計(jì)特征

（3）基于頻率特征

主要的問(wèn)題：

1，布匹流水線對(duì)檢測(cè)實(shí)時(shí)性要求較高

2，一般布匹使用的是高速高分辨率攝像頭，拍攝照片

主要是為了檢測(cè)出來(lái)雜質(zhì)的數(shù)量，大小，顏色，位置。高速運(yùn)動(dòng)的布匹流水線對(duì)光線有產(chǎn)生反射，會(huì)產(chǎn)生大量的噪聲。

一般布匹檢測(cè)（自動(dòng)識(shí)別）先利用高清晰度、高速攝像鏡頭拍攝標(biāo)準(zhǔn)圖像，在此基礎(chǔ)上設(shè)定一定標(biāo)準(zhǔn)；然后拍攝被檢測(cè)的圖像，再將兩者進(jìn)行對(duì)比。但是在布匹質(zhì)量檢測(cè)工程中要復(fù)雜一些：

1． 圖像的內(nèi)容不是單一的圖像，每塊被測(cè)區(qū)域存在的雜質(zhì)的數(shù)量、大小、顏色、位置不一定一致。

2． 雜質(zhì)的形狀難以事先確定。

3． 由于布匹快速運(yùn)動(dòng)對(duì)光線產(chǎn)生反射，圖像中可能會(huì)存在大量的噪聲。

4． 在流水線上，對(duì)布匹進(jìn)行檢測(cè)，有實(shí)時(shí)性的要求。

由于上述原因，圖像識(shí)別處理時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的算法，提取雜質(zhì)的特征，進(jìn)行模式識(shí)別，實(shí)現(xiàn)智能分析。

市場(chǎng)上主要使用的系統(tǒng)：

國(guó)外的有：

（1）以色列EVS的I-TEX 驗(yàn)布系統(tǒng)

該驗(yàn)布系統(tǒng)用于檢測(cè)單色、簡(jiǎn)單組織織物，在 330 cm幅寬時(shí)能以 100 m/min的驗(yàn)布速度檢測(cè)出小至0.5 mm的疵點(diǎn)。系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，檢測(cè)時(shí)，首先是初始的學(xué)習(xí)階段，用時(shí)約1min，對(duì)織物的第一米記錄其正常外觀特征參數(shù)，然后進(jìn)入檢測(cè)階段，尋找與正常外觀不同的局部異常，對(duì)其分析、標(biāo)記并記錄。

（2）比利時(shí)Barco 公司的視覺(jué) Cyclops 在線布匹檢測(cè)系統(tǒng)

它擁有一個(gè)可以游動(dòng)的攝像頭，這使得它可以自由的適應(yīng)布匹的寬度，而無(wú)需增加攝像頭的數(shù)量。Cyclops 在線驗(yàn)布系統(tǒng)和相應(yīng)的織布機(jī)一起工作，是一種在線疵點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)。Cyclops 當(dāng)檢測(cè)到嚴(yán)重疵點(diǎn)或者一個(gè)不斷增長(zhǎng)的疵點(diǎn)時(shí)，便會(huì)停車，進(jìn)行修整。Cyclops 掃描系統(tǒng)包括 CMOS 攝像頭和照明系統(tǒng)。檢測(cè)軟件在系統(tǒng)特殊硬件里和 PC 機(jī)里協(xié)同工作。每個(gè) Cyclops 掃描頭能掃描布匹寬度為 260 厘米。

（3）瑞士Uster公司的最新系統(tǒng) Fabricsan 系統(tǒng)

該公司的系統(tǒng)能檢測(cè)布匹速度的120 米/分，檢測(cè)解析度0.3 毫米。它能檢測(cè)布匹的寬度為 110-440 厘米。Uster 的布匹類分為兩個(gè)坐標(biāo)軸，Y軸表示不同的疵點(diǎn)類型對(duì)比，X軸表示疵點(diǎn)的長(zhǎng)度。系統(tǒng)保存檢測(cè)結(jié)果到數(shù)據(jù)庫(kù)中，產(chǎn)生相關(guān)質(zhì)量報(bào)表。

國(guó)內(nèi)的有：

（1）無(wú)錫動(dòng)視科技有限公司

檢測(cè)對(duì)象

水刺無(wú)紡布、熱合無(wú)紡布、漿粕氣流成網(wǎng)無(wú)紡布、濕法無(wú)紡布、紡粘無(wú)紡布、熔噴無(wú)紡布、針刺無(wú)紡布、縫編無(wú)紡布等

主要性能

1.典型瑕疵： 污點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)、蚊蟲、異物、油污、褶皺、纖維等

2.檢測(cè)寬度：任何寬度（增加相機(jī)的組合來(lái)滿足不同的幅寬）；

3.檢測(cè)速度：最大2000m/min；

4.檢測(cè)精度：最大檢測(cè)精度為1um（增加相機(jī)的數(shù)量來(lái)提高檢測(cè)精度）

（2上海恒意得信息科技有限公司

檢查對(duì)象：無(wú)紡布

典型缺陷：污點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)、蚊蟲、異物、油污、褶皺、纖維等；

檢測(cè)寬度：可滿足2600mm以上幅寬（可通過(guò)相機(jī)的組合滿足不同的幅寬）

檢測(cè)速度：可適應(yīng)300m/min以上的車速；

檢測(cè)精度：0.2mm~1mm（取決于車速、材質(zhì)以及相機(jī)數(shù)量）。

（3）QCROBOT Corporation

檢測(cè)對(duì)象：紡織布料檢測(cè)，棉紡異纖清除【QCROBOT-T02】

1，紡織布料材質(zhì)在線鑒定，如棉纖維成熟度 絨毛鱗片結(jié)構(gòu)分析 反射特性等

2，合成紗線橫截面分析、紗線結(jié)構(gòu)分析.3，花紋識(shí)別，紋理分析比較。

4，精準(zhǔn)套色

5，實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量、可檢出纖維、紗線、織物.棉結(jié)等織物疵點(diǎn)（色差、斷線，缺經(jīng)、斷緯、輕微劃傷、吊經(jīng)、磨損，油斑、水跡，斷絲）

布匹檢測(cè)系統(tǒng)主要應(yīng)用于紡織行業(yè)中的各種布匹的生產(chǎn)缺陷檢測(cè)以及布匹染印過(guò)程中出現(xiàn)的染印缺陷。缺陷主要包括：飛絮、蚊蟲、臟點(diǎn)、斷（錯(cuò)）經(jīng)、斷（錯(cuò)）緯、結(jié)頭、漂白不勻等（根據(jù)國(guó)家的布匹檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，總共有超過(guò)50種以上的缺陷，這些缺陷將布匹分成不同檔次）。印染過(guò)程中的缺陷包括：套印不準(zhǔn)、偏色等。

檢測(cè)對(duì)象：無(wú)紡布在線檢測(cè)系統(tǒng)【QCROBOT-T03】

檢測(cè)紡粘、水刺、熱扎、化學(xué)粘合、熱風(fēng)等無(wú)紡布材料生產(chǎn)過(guò)程中布面缺陷與疵點(diǎn)檢測(cè)

無(wú)紡布生產(chǎn)線速度：最大800米/分鐘

檢測(cè)幅寬：任何寬度（多相機(jī)）

圖像精度：0.1mm-0.5mm

檢測(cè)內(nèi)容：無(wú)紡布材料表面疵點(diǎn)（孔洞，熔點(diǎn)，亮點(diǎn)和昆蟲等）

最小疵點(diǎn)缺陷識(shí)別尺寸：0.2mm*0.2mm

發(fā)現(xiàn)疵點(diǎn)處理辦法：報(bào)警（根據(jù)手動(dòng)設(shè)定），自動(dòng)記錄位置（卷長(zhǎng)方向和寬度方向），自動(dòng)判別疵點(diǎn)類型，自動(dòng)保存疵點(diǎn)圖片信息。

檢測(cè)結(jié)果匯總：系統(tǒng)自動(dòng)生成無(wú)紡布卷材質(zhì)量報(bào)表和疵點(diǎn)分布圖表。

國(guó)內(nèi)紡織業(yè)分布情況

我國(guó)紡織工業(yè)主要集中浙江、江蘇、山東、廣東、上海、福建六大省份，出口額占全國(guó)80%左右。

廣東主要出口香港；

浙江的出口產(chǎn)品附加值不高；

江蘇、山東以棉制品為主，利潤(rùn)較高；

上海是主要的出口口岸；

福建以針織、機(jī)織服裝成衣為主。

當(dāng)然這六大省市也存在分化，上海的發(fā)展明顯已經(jīng)減速，江浙兩省填補(bǔ)了上海留下的大量空白。山東紡織業(yè)在環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈已顯示出強(qiáng)大的領(lǐng)頭作用，其紡織業(yè)的發(fā)展具有很強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿?。廣東紡織業(yè)的增速不很理想，一方面是由于該地區(qū)純加工貿(mào)易的模式存在弊端；另一面，該地區(qū)也逐漸有選擇地退出傳統(tǒng)行業(yè)而專注于新興產(chǎn)業(yè)，但是廣東紡織業(yè)的整體工業(yè)化水平高于江浙兩省。

從區(qū)域分布的前景來(lái)看，短期內(nèi)這個(gè)格局不會(huì)有很大的變化?？赡艽嬖诘淖兓袃蓚€(gè)：第一是福建可能超越上海；第二是中西部的產(chǎn)業(yè)質(zhì)量可能會(huì)得到一些提高。但從中長(zhǎng)期來(lái)看，隨著中國(guó)紡織工業(yè)本身發(fā)展階段的進(jìn)一步躍升以及沿海省份在高新產(chǎn)業(yè)上的逐步壯大，國(guó)內(nèi)特

別是中西部地區(qū)物流水平繼續(xù)提高，紡織產(chǎn)業(yè)有向中西部轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。

中國(guó)紡織研究中心認(rèn)為，“十二五”時(shí)期，東部沿海紡織產(chǎn)區(qū)繼續(xù)保持長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展。目前，雖然低成本比較優(yōu)勢(shì)有所減弱，但憑借完備的配套產(chǎn)業(yè)體系和多年積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，東部沿海地區(qū)仍將作為中國(guó)紡織業(yè)領(lǐng)先地區(qū)和主要的紡織出口基地。

蘇浙滬的紡織業(yè)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（一）規(guī)模大，分布趨于集中。

江蘇省作為門類齊全的纖維大盛面料大盛服裝大省，服裝年產(chǎn)量、銷售額、利潤(rùn)都位居全國(guó)前列。

浙江省作為紡織行業(yè)的生產(chǎn)大省和市場(chǎng)大省，有43家企業(yè)進(jìn)入行業(yè)“雙百?gòu)?qiáng)”，支撐著中國(guó)印染業(yè)的“半壁江山”；化纖產(chǎn)量占全國(guó)26%，印染布占全國(guó)50%，生絲及絲織品分別占46%、53%，針織品占20%，服裝占15%。

上海是開放性的國(guó)際大都市，是中西文化交流的交匯點(diǎn)、海派服飾的發(fā)源地，擁有中國(guó)紡織大學(xué)、拉薩爾國(guó)際服裝設(shè)計(jì)學(xué)院、上海服裝科技信息中心等眾多的服裝教育及研究機(jī)構(gòu)，在全國(guó)紡織業(yè)領(lǐng)域具有舉足輕重的地位。目前，國(guó)內(nèi)聚酯聚合能力為1264萬(wàn)噸／年，蘇浙滬占全國(guó)總能力的65.2%。

近年來(lái)，蘇浙滬地區(qū)的紡織業(yè)集群現(xiàn)象日益凸現(xiàn)。中國(guó)紡織工業(yè)協(xié)會(huì)授牌的全國(guó)32個(gè)紡織產(chǎn)業(yè)基地市（縣）和36個(gè)特色城（鎮(zhèn)），蘇浙滬地區(qū)占了很大比例。如孕育了波司登羽絨服、夢(mèng)蘭家紡、神花經(jīng)編毛巾7個(gè)全國(guó)產(chǎn)銷“單打冠軍”的常熟市；擁有江蘇陽(yáng)光、四環(huán)生物、凱諾科技、華西村4家上市公司和30多家年銷售收入過(guò)億元紡織企業(yè)的江陰市；唐朝時(shí)即已“日出萬(wàn)丈布”，如今被形象地稱為“托在一塊布上的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)縣”紹興縣；化纖能力高達(dá)140萬(wàn)噸的杭州蕭山區(qū)；領(lǐng)帶產(chǎn)量占國(guó)內(nèi)80%、全球30%的浙江嵊州市；家紡布藝產(chǎn)品年銷量達(dá)50億元的余杭區(qū)；一個(gè)襯衫產(chǎn)品售出15億元的諸暨市楓橋。這些市縣、城鎮(zhèn)的紡織業(yè)快速發(fā)展，成為當(dāng)?shù)亟鉀Q群眾就業(yè)、增加財(cái)政收入、吸引外來(lái)資本、增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)活力的重要支柱。

（二）產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，專業(yè)市場(chǎng)發(fā)達(dá)。

蘇浙滬地區(qū)已形成從紡織原料、織物織造到印染后整理、服裝生產(chǎn)較長(zhǎng)的紡織產(chǎn)業(yè)鏈條，上、中、下游產(chǎn)品豐富多樣。紡織產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化程度高，專業(yè)市場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)化。如紹興市紡織業(yè)專業(yè)市場(chǎng)起步早、數(shù)量多、規(guī)模大，主要有中國(guó)輕紡城、錢清化纖原料市嘗越城區(qū)輕紡原料市嘗裝飾布市嘗大唐襪業(yè)市嘗嵊州領(lǐng)帶城、上虞傘布市嘗新昌兔羊毛衫市場(chǎng)等。其中，位于柯橋鎮(zhèn)的“中國(guó)輕紡城”是全國(guó)面料市場(chǎng)的“晴雨表”，是亞洲規(guī)模最大、經(jīng)營(yíng)品種最多的紡織品集散中心，輕紡產(chǎn)品總銷售額占全國(guó)的1/3，名列全國(guó)10大專業(yè)批發(fā)市場(chǎng)第2位，去年成交額達(dá)226億元。中國(guó)輕紡城占地面積49.2萬(wàn)平方米，建筑面積60.5萬(wàn)平方米，營(yíng)業(yè)用房1.35萬(wàn)間，擁有4大交易區(qū)19個(gè)專業(yè)市場(chǎng)，其中紡織品市場(chǎng)13個(gè)，輕紡原料市場(chǎng)1個(gè)，紡機(jī)及輕工類市場(chǎng)5個(gè)，具有較強(qiáng)的輻射力和影響力。

（三）設(shè)備改造步伐快，技術(shù)裝備水平高。

近年來(lái)，蘇浙滬十分重視紡織技術(shù)裝備水平的提高，不斷加大投入，各種新型紡織加工設(shè)備明顯增加，并成為全國(guó)噴水織機(jī)最集中的地區(qū)?；w行業(yè)，多數(shù)采用的是滌綸長(zhǎng)絲和聚酯國(guó)產(chǎn)嫁接裝備?？椩煨袠I(yè)，多數(shù)為進(jìn)口紡機(jī)、織機(jī)，主要來(lái)自比利時(shí)、日本和意大利等世界三大紡機(jī)先進(jìn)國(guó)家，無(wú)梭化程度高，部分企業(yè)如縱橫集團(tuán)、越隆紡織、南方集團(tuán)等甚至高達(dá)100%，居全國(guó)領(lǐng)先地位；江蘇吳江的盛澤、南馬兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)擁有無(wú)梭織機(jī)4萬(wàn)臺(tái)，比紹興縣的織機(jī)多三分之一，擁有千臺(tái)織機(jī)的企業(yè)不在少數(shù)。印染行業(yè)，生產(chǎn)裝備通過(guò)大規(guī)模技術(shù)改造已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。服裝行業(yè)，大力推廣使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、輔助制造（CAM）、輔助管理技術(shù)，立體熨燙包裝，吊掛式生產(chǎn)流水線等國(guó)際先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)與管理技術(shù)，大大促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

（四）名牌產(chǎn)品多，知名度高。

蘇浙滬紡織業(yè)的上、中、下游產(chǎn)品知名度高，部分產(chǎn)品是中國(guó)名牌，甚至世界名牌。江蘇省437個(gè)著名商標(biāo)中，紡織業(yè)商標(biāo)有72個(gè)，占16.5%；27個(gè)馳名商標(biāo)，紡織業(yè)產(chǎn)品有紅豆、虎豹、波司登、AB、陽(yáng)光、夢(mèng)蘭、雅鹿等7個(gè)，占26%；“波司登”羽絨服連續(xù)9年全國(guó)銷量遙遙領(lǐng)先，2003年“波司登”的品牌價(jià)值達(dá)36.18億元，成為中國(guó)最有價(jià)值的服裝品牌。江蘇是中國(guó)的面料基地之一，“陽(yáng)光”、“黑牡丹”、“太平洋”等一批面料品牌支撐起了“江蘇面料”的天空，陽(yáng)光集團(tuán)、海瀾集團(tuán)等企業(yè)生產(chǎn)的超薄色織府綢、牛仔布及色織布在國(guó)內(nèi)獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。浙江省首次推出的十大專業(yè)商標(biāo)品牌基地，紡織服裝獨(dú)占七席——湖州織里的中國(guó)童裝、寧波鄞州的中國(guó)服裝、嵊州的中國(guó)領(lǐng)帶、諸暨大唐的中國(guó)襪業(yè)、海寧的中國(guó)皮革、義烏大陳的中國(guó)襯衫、義烏的中國(guó)襪業(yè)等七大專業(yè)商標(biāo)品牌基地。上海以發(fā)展國(guó)際時(shí)尚品牌服裝（飾）博覽會(huì)等會(huì)展經(jīng)濟(jì)為動(dòng)力，把服裝業(yè)全面推向時(shí)尚化、品牌化、國(guó)際化，加快發(fā)展步伐。

第五篇：碳纖維增強(qiáng)SiC陶瓷復(fù)合材料的研究進(jìn)展(精)[范文模版]

碳纖維增強(qiáng)ＳｉＣ陶瓷復(fù)合材料的研究進(jìn)展 鄒世欽，張長(zhǎng)瑞，周新貴，曹英斌

（國(guó)防科技大學(xué) 410073航天與材料工程學(xué)院國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙）

摘 要： 碳纖維增強(qiáng) SiC 陶瓷基復(fù)合材料具有良好的高溫力學(xué)性能，是航空航天和能源等領(lǐng)域新的高溫結(jié)構(gòu)材料研究的熱點(diǎn)之一。本文回顧了增強(qiáng)體碳纖維的發(fā)展，對(duì)材料的成型制備工藝，材料的抗氧化涂層研究進(jìn)展和現(xiàn)有的一些應(yīng)用做了綜述，并展望了碳纖維增強(qiáng) SIC 陶瓷基復(fù)合材料以后的研究重點(diǎn)及發(fā)展前景。關(guān)鍵詞： 陶瓷基復(fù)合材料；碳纖維；碳化硅；陶瓷中圖分類號(hào)： TQ342+.742;TQ174.75+8.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1007-9815（2003）02-0015-06 前言

在航空航天工業(yè)和能源工業(yè)等領(lǐng)域，隨著新型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和新概念航天運(yùn)載器的發(fā)展，對(duì)高溫結(jié)構(gòu)材料提出了更高的要求。如航空發(fā)動(dòng)機(jī) 的熱效率主要取決于渦輪前的進(jìn)口溫度，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比為 10 1 650時(shí)，渦輪前進(jìn)口溫度達(dá)℃，在這樣高的溫度下，傳統(tǒng)的高溫合金材料已經(jīng)無(wú)法滿足要求，材料研究者把目光轉(zhuǎn)向了陶瓷材料，高溫結(jié)構(gòu)陶瓷成為了研究的熱點(diǎn)。

SiC 陶瓷具有良好的高溫強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性和高溫抗氧化能力，但由于其分子結(jié)構(gòu)的鍵合特點(diǎn)，缺乏塑性變形能力，表現(xiàn)為脆性，嚴(yán)重影響了其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。碳纖維擁有良好的高溫力學(xué)性能和熱性能，在惰性環(huán)境中超過(guò) 2 000℃仍能保持其力學(xué)性能不降低，用碳纖維增強(qiáng) SiC 陶瓷，材料在斷裂過(guò)程中通過(guò)裂紋偏轉(zhuǎn)、纖維斷裂和纖維拔出等機(jī)理吸收能量，既增強(qiáng)了材料的強(qiáng)度和韌性，又保持了 SiC 陶瓷良好的高溫性能，是獲得高性能高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的極好方法。許多國(guó)家開展了碳纖維增強(qiáng) SiC 陶瓷復(fù)合材料應(yīng)用于高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)部件的研究，并且取得了豐碩的成果。

碳纖維的發(fā)展歷史可以追溯到 19 1875世紀(jì)。年美國(guó)發(fā)明家愛(ài)迪生研制成功以碳絲作燈絲，1910 年鎢絲研制成功，碳絲的研究停止。作為結(jié)構(gòu)材料使用的碳纖維的發(fā)展始于 20 50世紀(jì)年代，1950 年美國(guó)空軍基地研究所以人造絲碳化制得纖維；1958 Union Carbide 年美國(guó)公司實(shí)現(xiàn)人造絲制碳纖維的工業(yè)化；1958 年后，日本、英國(guó)等國(guó)開始碳纖維的研究與生產(chǎn)；目前日、美、英、德等幾個(gè)國(guó)家有生產(chǎn)高性能的商品碳纖維的公司。

碳纖維根據(jù)制備原料不同，可以分為粘膠基

碳纖維、PAN 基碳纖維和瀝青基碳纖維。粘膠基碳纖維由于產(chǎn)率低、性能差、成本高等原因己逐步被淘汰，目前主要集中在 PAN 基和瀝青基兩種。PAN 基碳纖維主要是高強(qiáng)度型，瀝青基碳纖維主要是高模量型，還有高強(qiáng)和高模兼具的碳纖維。

目前碳纖維的開發(fā)朝兩個(gè)方面發(fā)展：一是高性能化，通過(guò)設(shè)計(jì)更合理的微觀結(jié)構(gòu)和更先進(jìn)的處理工藝來(lái)提高纖維的力學(xué)性能，外觀上則表現(xiàn)為纖維直徑減小、纖維束絲數(shù)增加，日本東麗公司的 TX1 9.實(shí)驗(yàn)室的碳纖維抗拉強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到3GPa ；二是低成本化，由于碳纖維生產(chǎn)成本高，價(jià)格昂貴，在很多領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，美 FORTAFIL 公司開發(fā)了Fortafil 系列纖維，在保

１

增強(qiáng)體碳纖維的發(fā)展

6２．４

Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｓｉｓｔｅｒｉｎｇ反應(yīng)燒結(jié)（）[14] 層、功能層和抗沖蝕層等多層復(fù)合組成（如圖 1 反應(yīng)燒結(jié)通過(guò) Si+C 反應(yīng)完成。有研究表明所示）。

抗沖蝕層的功能是阻擋氧氣進(jìn)入材料內(nèi)部，抵抗氣流沖蝕。抗沖蝕層最常用的是致密的 CVD-SiC Ir Al涂層，另外、2O

3、Y 2O

3、Ta 2O

5、Si 2N 2O、ZrO 2和莫來(lái)石（3Al 2O 3?2SiO 2）等也被用來(lái)作抗沖蝕層材料[18-21]。功能層的作用是形成玻璃態(tài)可流動(dòng)物質(zhì)封填涂層微裂紋，阻止氧的進(jìn)入。最初用作功能層的材料是 P2O 5，B 2O 3，SiO 2 等玻璃態(tài)物質(zhì)，目前常用的功能層材料是能氧化形成玻璃態(tài)物質(zhì)的化合物 B4C、TiB

2、Si-B、Si-W、Si-[22-27, 18] Hf、MoSi

2、Si-Zr 等。粘接層的功能粘接基體與涂層系統(tǒng)，減少涂層與基體間的熱膨脹不匹

[28]配，粘接層材料最常用的是涂層 SiC。

Si C 900和在℃ 便有 SiC 生成，但是通常制備反應(yīng)的溫度在Si 的熔點(diǎn)1 414℃ 以上，Si 以液相或氣相狀態(tài)與 C 反應(yīng)，最終材料中可能會(huì)有少量未與 C 反應(yīng)的自由硅存在。如坂本昭（日）用SiC、Si、C 粉末與丙烯酸類樹脂制成泥漿浸漬碳纖維，干燥成型后加壓燒結(jié)，得到碳纖維增強(qiáng)

[6，15] SiC 材料。Fischedick C 等以瀝青或樹脂等的先驅(qū)體浸漬碳纖維預(yù)制體后裂解制得多孔 C/C 材

[16] 料，在液相或氣相條件下滲 Si，得到SiC。也可通過(guò)小分子烴的 CVI C/C 工藝制備材料后滲Si，但CVI C Si C的與的反應(yīng)活性不如裂解。Vogli 等將橡木加工成所要的形狀后在惰性氣體保護(hù)下 800℃ 碳化，隨后在 1 550℃ 以上真空滲 Si 或 SiO（Si/SiO 2），得到 C/SiC 復(fù)合材料，室溫 280MPa 彎曲強(qiáng)度 330MPa，1 300℃ 彎曲強(qiáng)度

[14,17]

有許多比較有效的抗氧化涂層體系。如等開發(fā)的f /SiC 材料抗氧化保護(hù)體系由Goujard C SiC/B4C/SiC 3 3 CVD 層組成，層均由工藝制備，內(nèi)層 SiC120-140μm，B 4C 10-15層μm，外層 SiC40-60μm，涂層總厚度約160-200μm [29]；Franc SiC/AlN/Al等開發(fā)的2O 3 3 層體系，外層可以是 Al2O

3、H f O

2、ZrO 2 TiB等，中間層可以是

2、AlN、HfN、ZrC、Pt、Ir 等，用該涂層體系的空間飛行器部件使用溫度達(dá)到 2 000℃；

近年來(lái)抗氧化涂層體系又有新的發(fā)展。

Kondo Y等以2O 3 CVD-SiC 粉末在內(nèi)層上于1 500℃ 以上燒結(jié)，得到 SiC/Y2SiO 5-Y 2Si 2O 7-YxSiy 2 1 600層抗氧化保護(hù)體系，在℃ 以上仍有良好的抗氧化保護(hù)作用[20-22]。H.Fritze CO等通過(guò)高能2脈 [30]。

３

抗氧化研究進(jìn)展

碳纖維增強(qiáng) SiC 陶瓷復(fù)合材料擁有良好的高

溫力學(xué)性能和熱性能，但是在氧化性氣氛中，高于 400℃ 碳纖維就會(huì)氧化，材料性能迅速降低，導(dǎo)致材料失效。這是影響其在氧化性氣氛中長(zhǎng)效應(yīng)用的致命弱點(diǎn)，為此必須解決材料的抗氧化性問(wèn)題。目前主要通過(guò)整體抗氧化涂層來(lái)對(duì)材料進(jìn)行抗氧化保護(hù)。

抗氧化涂層要求。① 在所保護(hù)溫度范圍穩(wěn)

沖激光（λ=10.6μm，Δt =170μs，j =3×10w ?cm）定，涂層與基體不易剝落或者分離；② 低的氧和

在碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料表面制備莫來(lái)石涂碳的擴(kuò)散系數(shù)；③ 良好的抗沖蝕性能；④裂紋自愈合功能；等等。

為滿足這些要求，典型的涂層體系由粘接 抗沖蝕層活性功能層粘接層基底材料

層，基體溫度的升高不超過(guò) 100℃，所得涂層均勻、致密，在空氣中的抗氧化保護(hù)溫度達(dá) 1 900K [31-32]。Naslain CVI 等以工藝制備了基體與涂層融為一體的碳纖維增強(qiáng)抗氧化保護(hù)陶瓷材料，基體為（PyC-SiC）n BN-SiC或（）n，每層的厚度為幾十 nm，在氧化性氣氛中，PyC-SiC 或 BN-SiC 既是基體又是涂層，有裂紋自愈合功能，有良好的抗氧化保護(hù)性能

[33-34]。

圖1 涂層體系的基本組成４

近年來(lái)的應(yīng)用

8in the fabrication of carbon/silicon carbide ceramic matrix nanocomposites by slurry impregnation and pulse chemical vapor infiltration[J].J.Am.Ceram.Soc.2001,84: 1 683－1 688.[7] BYUNG JUN OH, YOUNG JIN LEE,et al.Fabrication

of carbon/silicon carbide composites by isothermal chemical vapor infiltration, using the in situ whisker-growing and matrix-filling process[J].J.Am.Ceram.Soc.2001,84: 245－247.[8] JINGYI DENG, YONGLIANG WEi,et al.Carbon-fiber-reinforced composites with graded carbon-silicon carbide matrix composition[J].J.Am.Ceram.Soc.1999,82: 1 629－1632.[9] YONGDONG XU, LITONG ZHANG,et al.Microstructure and mechanical properties of three-dimensional carbon/silicon carbide composites fabricated by chemical vapor infiltration[J].Carbon, 1998,36: 1 051－1 056.[10] WENCHUAN LIU, YONGLIANG WEI,et al.Carbon-fiber-reinforced C-SiC binary matrix composites[J].carbon, 1995,33: 441－447.[11] , 曹英斌張長(zhǎng)瑞, 等.Cf /SiC陶瓷基復(fù)合材料發(fā)展?fàn)顩r[J].宇航材料工藝, 1999(5: 10－14.[12] D.KLOSTERMAN, R.CHARTOFF,et al.Laminated object manufacturing, a New Process for the Direct Manufacture of Monolithic Ceramics and Continuous Fiber CMCs[J].Ceram.Eng.& Sci.Proceedings, 1997,18(4: 113－120.[13] M.M.ANGELOVICI, R.G.BRYANT,et al.Carbon/ ceramic microcomposites, preparation and properties[J].Mater.Lett, 1998,36: 254－265.[14] E.VOGLI, J.MUKERJI,et al.Conversion of oak to cellular silicon carbide ceramic by gas-phase reaction with silicon monoxide[J].J.Am.Ceram.Soc.2001,84:1 236－1 240.[15].CMC(網(wǎng)村清人セラミツクス基復(fù)合材料[J].日本復(fù) 合材料學(xué)會(huì)志, 1994,20: 34－41.[16] J.S.FISCHEDICK, A.ZERN,et al.The morphology of silicon carbide in C/C-SiC composites[J].Mater.Sci.& Eng.A, 2002,332: 146－152.[17] DONG-WOO SHIN, SAM-SHIK PARK,et al.Silicon/ silicon carbide composites fabricated by infiltration of a silicon melt into charcoal[J].J.Am.Ceram.Soc.1999,82:3 251－3 253.[18] H.LEITE, U.DAMBACHER,et al.Microstructure and properties of multilayer coatings iwth covalent bonded hard materials[J].Surf.Coat.Tech.116-119, 1999: 313－320.[19] Z.FAN, Y.Song,et al.Oxidation behavior of fine-grained SiC-B4C/C composites up to 1400 oC[J].Carbon, 2003,41: 429－436.[20] M.APARICIO, A.DURAN,et al.Yttrium silicate coatings for oxidation protection of carbon silicon carbide composites[J].J.Am.Ceram.Soc.2000,83:1 351－1 355.[21] J.D.WEBSTER, M.E.WESTWOOD,et al.Oxidation protection coatings for C/SiC based on yttrium silicate[J].J.Eur.Ceram.Soc.1998,18: 2 345－2 350.[22] LAIFEI CHENG, YONGDONG XU,et al.Effect of carbon interlayer on oxidation behavior of C/SiC composites with a coating from room temperature to

1500℃[J].Mater.Sci.Eng.A, 2001,300: 219－225.[23] LAIFEI CHENG, YONGDONG XU,et al.Oxidation and defect control of CVD SiC coating on three-dimensional C/SiC composites[J].Carbon, 2002,40: 2 229－2 234.[24] LAIFEI CHENG, YONGDONG XU,et al.Effect of glass sealing on the oxidation behavior of three dimensional C/SiC composites in air[J].Carbon,2001,39: 1 127－1 133.[25] J.D.WEBSTER, F.H.HAYES,et al.Thermodynamic modelling and experimental studies in the design of integrated oxidation protection systems for ceramic matrix composites[J].Key.Eng.Mater.127-131, 1997: 1 225－1 232.[26] M.E.WESTWOOD, R.J.DAY,et al.The use of finite element analysis in the design of integrated oxidation protection systems for ceramic matrix composites[J].Key.Eng.Mater.127-131, 1997: 1 233－1 240.[27] LAIFEI CHENG, YONGDONG XU,et al.Oxidation behavior of C-SiC composites with a Si-W coating from room temperature to 1500℃[J].Carbon, 2000,38: 2 133－2 138.[28] , 劉榮軍周新貴, 等.CVD法制備SiC 先進(jìn)陶瓷材料研 究進(jìn)展[J]., 2002(7: 46材料工程－49.[29] S.GOUJARD, L.VANDENBULCKE,et al.The

oxidation behaviour of two-and three-dimensional C/SiC thermostructural materials protected by chemical-vapour-deposition polylayers coatings[J].J.Mater.Sci.1994,29: 6 212－6 220.[30] L.D.BENTSON, R.J.PRICE,et al.Moisture and oxidation resistant carbon/carbon composites[P].美國(guó)專利:5298311, 1994-03-29.[31] H.FRITZE, J.JOJIC,et al.Mullite based oxidation protection for SiC-C/C composites in air at temperatures up to 1900 K[J].J.Eur.Ceram.Soc.1998,18: 2 351

－2 364.高科技纖維與應(yīng)用 243.第二十八卷 [32] H.FRITZE, J.JOJIC,et al.Mullite based oxidation protection for SiC-C/C composites in Air at temperatures up to 1900 K[J].Key.Eng.Mater.132136, 1997: 1 629－ 1 632.[33] R.NASLAIN, R.PAILLER,et al.Processing of ceramic matrix composites by pulsed-CVI and related techniques[J].Key.Eng.Mater.206-213, 2002: 2 189－2 192.[34] F.LAMOUROUX, S.BERTRAND,et al.Oxidationresistant carbon-fiber-reinforced ceramic-matrix composites[J].Compos.Sci.Tech.1999,59: 1 073 － 1 085.[35] 張建藝.陶瓷基復(fù)合材料在噴管上的應(yīng)用 [J].宇航材 料工藝 , 2000(4: 14－16.[36] D.SAUCERAU, A.BEAURAIN.Demonstration of carbon/silicon carbide novoltex reinforced composite nozzle on a LH2-Lox engine[J].AIAA, 2 180-2 190； [37] R.OSTWETAG,et al.Space agency[spec.pub.]ESP SP[J].ESA SP-336(Adv.Struct.Mater., 1992: 241 [38] M.IMUTA, J.GOTOH.Development of High Temperature Materials Including CMCs for Space Application[J].Key Eng.Mater.164-165, 1999: 439 －444.[39] U.TRABANDT, H.G.WULZ, T.SCHMID.CMC for Hot Structures and Control Surfaces of Future Launchers[J].Key

Eng.Mater.164-165, 1999: 445－ 450.[40] H.KAYA.The application of ceramic-matrix composites to the automotive ceramic gas turbine[J].Compos.Sci.& Tech.1999,59: 861－872.[41] Y.SANOKAWA, Y.IDO,et al.Application of continuous fiber reinforced silicon carbide matrix composites to a ceramic gas turbine model for automobiles[J].Ceram.Eng.& Sci.Proc.1997,18(4: 221－228.Development of carbon fiber reinforced ceramic matrix composites ZOU Shin-qin;ZHANG Chang-rui;ZHOU Xin-gui;CAO Ying-bin(Key Laboratory of National Defence Technology, College of Aerospace & Materials Engineering, National University of Defence Technology, Changsha 410073, China Abstract: Carbon fiber feinforced ceramic matrix composites,an outstanding high temperature structure cermic,is applied in advanced aero-engines, earo-spaceplane, atomic engery generator, etc.This paper is a review on the development of carbon fiber,the preparation of Cf/SiC parts, the progress of anti-oxidation coatings and the application of carbon fiber feinforced ceramic matrix composites.Problems for further research efforts are also briefly discussed.Key words: ceramic matrix composites;carbon fiber;silicon carbide;ceramic（上接 10 頁(yè)）Carbon nanofiber and it's applications ZHAO Jia-xiang(Aerospace reaearch Institute of Materials and Processing Technology, Beijing 100076, China Abstract: In this paper the present status and development of carbon nanofiber in the world were briefly introduced, including manufacturing carbon nanofiber, properties and application of carbon nanofiber.The market and perspective of development were also discussed.Key words: carbon nanofibers;application

０５７１－６３３７３２３６ 碳纖維補(bǔ)強(qiáng)片材 杭州索奇先進(jìn)復(fù)材公司