Einer,Spitzenanalysetechnologie für Kohlefasermaterialien

Die Frontier-Analyse zielt darauf ab, die Zusammensetzung, Struktur und Leistungsverhältnisse von Kohlefasern und deren Verbundwerkstoffen auf mikroskopischer/nanoskopischer Ebene zu verstehen und bildet die Grundlage für Materialdesign, Prozessoptimierung und Ausfallanalysen.

1. Charakterisierung der Mikrostruktur

Hochauflösendes Transmissionselektronenmikroskop: Sie können die Mikrokristallanordnung, die Mängel, die Poren und die Schnittstellenstruktur des Graphits innerhalb der Kohlefaser beobachten und sind das Kernwerkzeug zur Untersuchung der "Skin-Core"-Struktur und des Graphitierungsgrades der Kohlefaser.

Atomkraftmikroskop: zur Charakterisierung der Faseroberflächenformation, der Rauheit und der nanomechanischen Eigenschaften der Schnittstellenbereiche (z. B. der Modulverteilung).

Kleine Winkel-/Weitwinkel-Röntgenstrahlstreuung: Die verlustfreie Analyse der Größe, Verteilung von Mikroporen in Kohlefasern sowie der Orientierung und des Schichtabstands von Graphitmikrokristallen ist von entscheidender Bedeutung für die Untersuchung von Präoxidations- und Karbinierungsprozessen.

2. Zusammensetzung und chemische Zustandsanalyse

Röntgenoptoelektronische Spektrologie: Die genaue Analyse der Elementzusammensetzung und des chemischen Bindungszustands der Faseroberfläche (z. B. C-C, C-O, C=O) ist der Goldstandard zur Bewertung der Oberflächenbehandlungswirkung und der Grenzflächenkompatibilität.

Raman-Spektrum: Schnelle und beschädigungsfreie Charakterisierung des Graphitierungsgrades, der Korngröße und der inneren Spannung von Kohlefasern durch das Festigkeitsverhältnis von D-Spitzen (Defektspitzen) und G-Spitzen (Graphitspitzen).

Sekundäre Ionen-Massenspektrum der Flugzeit: Bereitstellung von Elementen und molekularen Informationen über die polare Oberfläche (mehrere Nanotiefen) und sehr empfindlich für die Untersuchung der Verteilung der Plasma und der Grenzflächenchemie.

3. Schnittstellenanalyse und dreidimensionale Strukturanalyse

Mikrocomputertomografie: Verlustfreier Zugang zu dreidimensionalen Strukturinformationen über die innere Faserwirtschaft, die Poren, Risse, die Harzanreicherungsgebiete und andere Kompositmaterialien, mit einer Auflösung von bis zu einem Mikrometer, ist der Schlüssel zur Entwicklung von Herstellungsfehlern und Schäden.

Fokussiertes Ionenstrahl-Scan-Elektronenmikroskop-Doppelstrahlsystem: Schnitt und dreidimensionale Rekonstruktion von spezifischen Bereichen mit Nano-Genauigkeit, um mikroskopische Ausfallmechanismen wie Schnittstellenentklebung und Faserbruch intuitiv aufzudecken.

Trends an der Spitze: Multiskala, On-Site und Intelligenz

Multiskala-Assoziationsanalyse: Kombinieren Sie die oben genannten Techniken auf verschiedenen Skalen, um eine vollständige Verständniskette von der Anordnung der Atome bis hin zu den makroeigenschaften aufzubauen.

In situ-Tests: In TEM-, SEM- oder μCT-Geräten können Sie die Proben dehnen, heizen und so weiter beobachten, um Strukturentwicklungen und Leistungsveränderungen in Echtzeit zu beobachten und "Prozess-Struktur-Leistung" zu verbinden.

Künstliche Intelligenz und Big Data: Verwenden Sie Algorithmen für maschinelles Lernen, um große Mengen an mikroskopischen Bildern und spektralen Daten zu verarbeiten, um Merkmale schnell zu erkennen, die Leistung vorherzusagen und die Prozessparameter zu optimieren.

II. Mechanische Prüfung von Kohlefaserverbundstoffen

Mechanische Prüfungen sind die Grundlage für die Überprüfung der Materialeigenschaften und die Gewährleistung der technischen Sicherheit. Die Prüfung von Kohlefaserverbundstoffen ist aufgrund ihrer heterogenen Geschlechtsverhältnisse und ihrer Komplexität spezifisch.

1. Grundlagenprüfung der mechanischen Eigenschaften

Dehnprüfung: Messung der longitudinalen/horizontalen Dehnstärke, des Moduls und des Poisson-Verhältnisses. Schlüssel sind spezielle Befestigungen und Spannungsmesstechniken.

Kompressionstest: Schwieriger als Dehnung, anfällig für Instabilität. Zu den häufig verwendeten Methoden gehören die Celanese-Befestigungsmethode und die Scherbelastung, um die Endstützung zu gewährleisten und Biegungen zu verhindern.

Biegeprüfung: Drei- oder Vierpunkt-Biegung, einfache und einfache Bewegung, aber komplexer Spannungszustand, meist für den Prozessqualitätskontrass.

Oberflächenschnittsprüfung: Die häufig verwendete ±45° Ablenkung der Achse oder die Schienenschnittsmethode, um die Schnittspannung-Spannungskurve zu erhalten.

Zwischenschichtschneidtest: Kurzbalkenschnittmethode zur schnellen Beurteilung der Grenzflächenbindungstärke von Fasern und Substraten.

2. Erweiterte und spezielle Tests

Bruchfestigkeitsprüfung:

Modus I Zwischenschichtbruchbeständigkeit: Probe mit doppelten Schwingbalken.

Modus II Brechzähigkeit zwischen Schichten: Biegen der Probe mit einer Endöffnung oder einer Endspaltung.

Zur Beurteilung der Widerstandsfähigkeit von Verbundwerkstoffen gegen schichtliche Ausdehnung.

Ermüdungstest: Untersuchung der Leistungsverlusterung, der Schadensakumulation und der Lebensdauerprognose von Materialien unter zyklischer Belastung. Frequenz, Belastungsverhältnis und Umweltfaktoren (Temperatur, Feuchtigkeit) müssen berücksichtigt werden.

Kompressionsprüfung nach dem Aufstoß: Zunächst wird die Probe mit einer festgelegten Energie getroffen, die eine unsichtbare innere Schädigung verursacht, und dann wird ihre verbleibende Kompressionstärke getestet. Dies ist ein zentraler Indikator für die Bewertung der Materialbeständigkeit in der Luft- und Raumfahrt.

Öffnungs-/Kompressionsprüfung: Bewertung der Empfindlichkeit von Verbundwerkstoffen gegenüber Spannungskonzentrationen wie z. B. Schraubenlöchern, die direkt auf das Verbindungsdesign zurückzuführen sind.

3. Testen von kritischen Herausforderungen und Grenzen

Standardisierung und Vergleichbarkeit: Unterschiedliche Normen, Probengrößen und Befestigungen können zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, und die Tests müssen streng den Normen entsprechen.

Spannungsmesstechnik:

Digitale Bildtechnologie: Berührungslose Vollfeldspannungsmessungen, die die Spannungskonzentration, den Poisson-Effekt und komplexe Verformungen intuitiv anzeigen können, haben sich zu einem führenden Mainstream entwickelt.

Faseroptische Raster-Sensoren: Sie können in ein Verbundmaterial eingebettet werden, um die Strukturgesundheit zu überwachen und vor Ort zu prüfen.

Mehrfach-Kopplungstests: Simulieren Sie die reale Betriebsumgebung durch die Anwendung von Umgebungsbedingungen wie Hitze, Feuchtigkeit, UV und chemische Medien während der mechanischen Belastung.

Hochleistungs- und automatisierte Tests: Eine Kombination von Plattformen für Robotik, maschinelle Vision und Datenanalyse beschleunigt die Leistungsbewertung und das Screening neuer Materialsysteme.