Một,Công nghệ phân tích tiên tiến cho vật liệu sợi carbon

Phân tích tiên tiến nhằm mục đích hiểu các mối quan hệ thành phần, cấu trúc và tính chất của sợi carbon và vật liệu composite của nó từ quy mô vi mô/nano, cung cấp cơ sở cho thiết kế vật liệu, tối ưu hóa quy trình và phân tích lỗi.

1. Đặc tính cấu trúc micronase

Kính hiển vi điện tử truyền độ phân giải cao: có thể quan sát sự sắp xếp vi tinh thể graphite bên trong sợi carbon, khiếm khuyết, lỗ chân lông và cấu trúc pha giao diện, là công cụ cốt lõi để nghiên cứu cấu trúc "lõi da" của sợi carbon, mức độ graphite hóa.

Kính hiển vi lực nguyên tử: Được sử dụng để mô tả hình dạng bề mặt sợi, độ nhám cũng như các tính chất cơ học nano (như phân bố mô đun) của vùng giao diện.

Phân tán tia X góc nhỏ/góc rộng: Phân tích không phá hủy kích thước, phân bố và định hướng và khoảng cách lớp của các vi tinh thể than chì trong sợi carbon là rất quan trọng để nghiên cứu quá trình tiền oxy hóa, cacbonat.

2. Phân tích thành phần và trạng thái hóa học

Phổ năng lượng quang điện tử tia X: Phân tích chính xác thành phần nguyên tố và trạng thái liên kết hóa học của bề mặt sợi (ví dụ: C-C, C-O, C=O) là tiêu chuẩn vàng để đánh giá hiệu quả xử lý bề mặt và khả năng tương thích giao diện.

Phổ Raman: mô tả nhanh chóng và không phá hủy mức độ graphit hóa, kích thước hạt và ứng suất bên trong của sợi carbon bằng tỷ lệ cường độ của đỉnh D (đỉnh khiếm khuyết) và đỉnh G (đỉnh than chì).

Thời gian bay Khối phổ ion thứ cấp: cung cấp thông tin về các nguyên tố và phân tử trên bề mặt cực (một số độ sâu nanomet), rất nhạy cảm với việc nghiên cứu phân bố tác nhân kích thích, hóa học giao diện.

3. Giao diện và phân tích cấu trúc 3D

Chụp cắt lớp vi máy tính: Truy cập không phá hủy thông tin cấu trúc ba chiều như hướng sợi bên trong vật liệu composite, lỗ chân lông, vết nứt, vùng làm giàu nhựa và các thông tin khác, độ phân giải có thể đạt đến cấp độ submicron, là chìa khóa để nghiên cứu sự tiến hóa của các khuyết tật sản xuất và thiệt hại.

Chùm ion tập trung - Hệ thống chùm kép cho kính hiển vi điện tử quét: có thể cắt độ chính xác nano và tái cấu trúc ba chiều cho các khu vực cụ thể, tiết lộ trực quan các cơ chế thất bại vi mô như khử dính giao diện, đứt sợi và các cơ chế khác.

4. Xu hướng biên giới: đa quy mô, tại chỗ và thông minh

Phân tích tương quan đa quy mô: Kết hợp các kỹ thuật ở các quy mô khác nhau được mô tả ở trên để thiết lập một chuỗi hiểu biết hoàn chỉnh từ sắp xếp nguyên tử đến hiệu suất vĩ mô.

Kiểm tra tại chỗ: Trong các thiết bị TEM, SEM hoặc μCT, mẫu được kéo căng, làm nóng và các thao tác khác, quan sát sự tiến hóa cấu trúc và thay đổi hiệu suất trong thời gian thực, kết nối "quá trình - cấu trúc - hiệu suất".

Trí tuệ nhân tạo và dữ liệu lớn: Sử dụng thuật toán học máy để xử lý một lượng lớn các hình ảnh vi mô, dữ liệu quang phổ, nhanh chóng xác định các tính năng, dự đoán hiệu suất, tối ưu hóa các thông số quy trình.

II. Giới thiệu thử nghiệm cơ học sợi carbon composite

Kiểm tra cơ học là cơ sở để xác minh tính chất của vật liệu và đảm bảo an toàn kỹ thuật. Thử nghiệm vật liệu composite sợi carbon đặc biệt vì tính đẳng hướng và độ phức tạp của chúng.

1. Kiểm tra tính chất cơ học cơ bản

Kiểm tra độ bền kéo: Xác định độ bền kéo dọc/ngang, mô đun và tỷ lệ Poisson. Chìa khóa nằm ở kẹp đặc biệt và công nghệ đo căng thẳng.

Kiểm tra nén: Độ khó cao hơn kéo giãn, dễ xảy ra mất ổn định. Các phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp kẹp Celanese và phương pháp tải cắt, đảm bảo hỗ trợ cuối và ngăn ngừa uốn cong.

Kiểm tra uốn cong: uốn cong ba hoặc bốn điểm, đơn giản và dễ dàng, nhưng trạng thái căng thẳng phức tạp, chủ yếu được sử dụng cho quá trình tương phản chất lượng.

Kiểm tra cắt trong khuôn mặt: thường sử dụng phương pháp kéo dài trục lệch ± 45 ° hoặc phương pháp cắt theo dõi, để có được đường cong căng thẳng cắt.

Kiểm tra cắt giữa các lớp: Phương pháp cắt dầm ngắn để đánh giá nhanh độ bền liên kết giao diện của sợi với ma trận.

2. Kiểm tra nâng cao và đặc biệt

Kiểm tra độ bền gãy:

Chế độ Độ bền đứt giữa các lớp I: mẫu thử chùm tia cantilever đôi được sử dụng.

Chế độ II Độ bền phá vỡ giữa các lớp: mẫu thử được sử dụng để uốn lỗ cuối hoặc uốn lỗ cuối.

Được sử dụng để đánh giá sức đề kháng của vật liệu composite để mở rộng lớp.

Kiểm tra độ mỏi: nghiên cứu sự suy giảm hiệu suất, tích lũy thiệt hại và dự đoán tuổi thọ của vật liệu dưới tải trọng chu kỳ. Cần chú ý đến tần số, tỷ lệ tải và các yếu tố môi trường (nhiệt độ, độ ẩm).

Kiểm tra nén sau tác động: Một tác động búa rơi của năng lượng quy định được thực hiện trên mẫu thử đầu tiên, gây ra thiệt hại bên trong vô hình, sau đó cường độ nén còn lại của nó được kiểm tra. Đây là chỉ số cốt lõi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ để đánh giá độ dẻo dai của vật liệu.

Kiểm tra độ bền kéo/nén lỗ mở: Đánh giá độ nhạy của tập trung các đối tác vật liệu composite, chẳng hạn như spiro-embolization, liên quan trực tiếp đến thiết kế kết nối.

3. Kiểm tra những thách thức chính và biên giới

Tiêu chuẩn hóa so với so sánh: Các tiêu chuẩn khác nhau, kích thước mẫu và vật cố có thể dẫn đến sự khác biệt về kết quả và thử nghiệm phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn.

Công nghệ đo căng thẳng:

Công nghệ liên quan đến hình ảnh kỹ thuật số: đo căng thẳng toàn trường không tiếp xúc, có thể hiển thị trực quan sự tập trung căng thẳng, hiệu ứng Poisson và biến dạng phức tạp, đã trở thành dòng chính hàng đầu.

Cảm biến sợi quang: có thể được chôn bên trong vật liệu composite để đạt được giám sát sức khỏe cấu trúc và kiểm tra tại chỗ.

Kiểm tra ghép nối nhiều trường: Trong khi tải trọng cơ học, các điều kiện môi trường như nhiệt, ẩm, tia cực tím và môi trường hóa học được áp dụng để mô phỏng môi trường phục vụ thực tế.

Kiểm tra thông lượng và tự động hóa cao: Kết hợp với robot, thị giác máy và nền tảng phân tích dữ liệu để tăng tốc đánh giá và sàng lọc hiệu suất của hệ thống vật liệu mới.