[發明專利]一種復合材料天線罩質量無損跟蹤與評價方法

有效

• 申請號: 201410572990.6
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104316546A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 張大海;孫妮娟;梅思楊;范錦鵬;金虎;賴文恩;劉云輕;曹淑偉
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

技術領域

本發明屬于復合材料分析檢測技術領域，涉及一種復合材料天線罩質量無損跟蹤與評價方法，具體涉及一種石英纖維增強二氧化硅復合材料天線罩質量無損跟蹤與評價方法。

背景技術

天線罩為回轉體大尺寸厚壁結構，且天線罩材料主要為陶瓷基復合材料，如石英纖維增強二氧化硅基復合材料(SiO_2f/SiO₂)。該材料的制備過程中包括纖維預制體的編織和復合材料致密化的過程，織物編織過程中可能會由于斷針、金屬碎屑等帶來金屬夾雜，抑或由于缺紗導致后期材料內部出現宏觀孔洞，另外由于織物密度分布不均和復合工藝可能會造成罩體沿厚度和高度方向呈密度梯度分布，因此追蹤材料內部質量狀況，包括孔洞缺陷、金屬夾雜、局部嚴重低密度區、密度梯度等，對優化工藝過程，獲得整罩材料的力學性能和介電性能的分布都具有極其重要的意義。

目前應用于復雜結構復合材料內部質量的無損檢測技術主要有X射線無損探傷技術、紅外熱成像技術、聲發射檢測技術、計算機層析照相技術(CT)等。X射線無損探傷用于復合材料缺陷的定性分析，對于金屬夾雜，孔洞具有良好的檢出能力，但對于密度梯度、裂紋等并不敏感(復合材料無損檢驗方法射線照相.美國軍用標準MIL-HDBK-733；纖維增強塑料無損檢驗方法.國家軍用標準，GJB1038)；紅外熱成像技術適合于厚度較薄的復合材料構件缺陷快速檢測、在役檢測等，可通過與X射線等其他檢測技術結合使用來對復合材料中的缺陷進行定量分析，但要求材料或構件表面有較好的熱吸收率(Ullmann?T.,et?al.10th?International?Conference?on?Quantitative?Infra-Red?Thermography(QIRT)，Québec(Canada)，743-750,2010；梅輝等，復合材料學報，27卷，第6期，106-112，2010)；聲發射檢測技術對材料構件中較大的物理缺陷，如氣孔、開裂、分層、脫粘等情況有良好的檢出能力，但對于裂紋或者密度梯度這類缺陷檢出效果并不好(Cooney?A.T.,et?al.,Air?force?research?laboratory,Report?Number:AFRL-RX-WP-TP-2011-4380,2011)；計算機層析照相技術(CT)對于復合材料的裂紋、氣孔、夾雜以及密度分度等缺陷均適用，是復合材料構件缺陷無損檢測的一個非常有效的方法(王俊山等，宇航材料工藝，28(6)：53-56，1998；William?H.G.,et?al.,Report?Number?ARL-TR-2400,Weapons?and?Materials?Research?Directorate.US:Army?Research?Laboratory,2001.)，現有方法對復合材料內部夾雜缺陷和嚴重低密度區域具有較好的判斷(金虎等，發明專利，CN201010543531.7；梅輝等，發明專利，CN200910022596.4)，但目前對于大尺寸二氧化硅基復合材料天線罩回轉體構件內部質量，尤其是從天線罩預制體到最終產品密度梯度的定量跟蹤分析鮮見報道。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供石英纖維增強二氧化硅復合材料天線罩質量無損跟蹤與評價方法，該方法為天線罩構件中存在的孔洞、局部嚴重低密度區、以及由織物的密度不均和復合工藝引起的密度梯度等缺陷提供準確的定量分析，對大尺寸天線罩構件內部質量缺陷的準確定位、定性與分析具有重要的工程意義，為天線罩在線無損檢測和質量控制提供重要的手段。

本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：

一種復合材料天線罩質量無損跟蹤與評價方法，包括如下步驟：

步驟(一)、制備一系列不同密度的石英纖維增強二氧化硅復合材料標準樣品，所述一系列標準樣品的組成配比與石英纖維增強二氧化硅復合材料天線罩的組成配比相同；

步驟(二)、設定CT測試的測試條件，包括電壓、電流、像素分辨率、掃描層厚度和掃描間隔，采用CT測試設備對步驟(一)中制備的一系列標準樣品的CT灰度值進行測試，得到石英纖維增強二氧化硅復合材料的密度與CT灰度值之間的函數關系；

步驟(三)、沿石英纖維增強二氧化硅復合材料天線罩的軸線對天線罩進行分層，采用CT測試設備按照步驟(二)中的測試條件對天線罩進行分層掃描，得到每層的CT灰度分布，即獲得每層中各個測試點的灰度值；