[发明专利]陶瓷基纤维束复合材料横截面积和孔隙率测量装置及方法

说明书

本发明涉及陶瓷基纤维束复合材料横截面积和孔隙率测量装置及方法，装置包括浸润仓、负压筒、橡胶塞以及拉杆，浸润仓为一端具有开口的容器，浸润仓内填充有填充液，陶瓷基纤维束复合材料试样浸没于填充液中，负压筒的抽气端与浸润仓的开口密封对接，负压筒内密封滑动安装有橡胶塞，橡胶塞与拉杆连接，拉杆能向远离负压筒的抽气端的方向抽动橡胶塞，使橡胶塞滑动，致使负压筒对浸润仓抽负压，使陶瓷基纤维束复合材料试样孔隙中的空气析出，填充液填充在陶瓷基纤维束复合材料试样孔隙中。本发明的方法能利用装置测算出陶瓷基纤维束复合材料横截面积和孔隙率。本发明能实现陶瓷基纤维束复合材料横截面积和孔隙率高效、低成本和无损伤的测量。

技术领域

本发明属于复合材料物理参数测量领域，具体涉及陶瓷基纤维束复合材料横截面积和孔隙率测量装置及方法。

背景技术

编织陶瓷基复合材料是先进航空发动机的优选高温结构材料，其中陶瓷基纤维束复合材料是编织陶瓷基复合材料的主要承力骨架，对编织陶瓷基复合材料的整体力学性能起到了决定性作用。所谓陶瓷基纤维束复合材料是由一束纤维制备而成的陶瓷基复合材料。由于制备工艺的原因，陶瓷基纤维束复合材料的横截面不规则并且内部存在较多的孔隙。孔隙会影响材料的力学性能并且其影响程度与孔隙率有关。此外，孔隙存在时陶瓷基纤维束复合材料单位截面积上承受的载荷要小于实体部分实际分担的载荷。因此精确测量陶瓷基纤维束复合材料横截面积以及孔隙率是准确表征其力学性能的基础。

由于陶瓷基纤维束复合材料的横截面形状不规则并且孔隙位于材料内部，因此直接测量其横截面积和孔隙率的难度较大。常用的金相法虽然可以测量其横截面积和孔隙率，但是这种方法耗时较长并且一次仅能得到一个截面的测量数据。陶瓷基纤维束复合材料的横截面积和孔隙分布在长度方向上是变化的，因此这种方法所得测量结果具有局限性。更重要的是，该方法会对测试试样造成损伤，无法建立测量结果与试样实际力学性能的关联。专利CN1862744A一种复合材料孔隙率测试设备及方法中公开了一种基于X射线计算机断层技术的孔隙率测量方法，实现了三维空间内孔隙率的测量。但是这种方法的设备投入大，而且数据后处理时间较长，效率不高。除了以上两种光学方法外，现有技术中还有基于超声、背散射、太赫兹以及声发射等技术的孔隙率间接测量方法。例如，专利CN13926313B一种基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法，专利CN1423712A一种基于背散射信号分析的复合材料孔隙率检测方法，专利CN17219161A一种基于太赫兹光谱技术的玻璃纤维复合材料孔隙率的检测方法以及专利CN18562528A一种基于声发射技术的复合材料孔隙率评估方法。虽然上述间接测量方法可以较好的测得材料不同位置的孔隙率，但是这些方法的同样需要较大的设备投入。除此之外，以上方法均需要通过制备标准孔隙含量试块对测量结果进行标定，并且仅对平整的被试样才能得到准确的结果。然而，陶瓷基纤维束复合材料由于工艺的限制难以制备标准孔隙含量试块并且也难以得到形貌平整的试样。此外，上述间接测量方法仅能进行孔隙率测量并不具备横截面积的测量能力。

因此，有必要提供一种高效、成本低廉、适用性好并且对待测试样无损的测量装置及方法，以实现陶瓷基纤维束复合材料截面积和孔隙率的同时测量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是针对背景技术提出的问题，提供陶瓷基纤维束复合材料横截面积和孔隙率测量装置及使用方法，以实现陶瓷基纤维束复合材料横截面积和孔隙率高效、低成本和无损伤的测量。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

陶瓷基纤维束复合材料横截面积和孔隙率测量装置，其中：包括浸润仓、负压筒、橡胶塞以及拉杆，浸润仓为一端具有开口的容器，浸润仓内填充有填充液，陶瓷基纤维束复合材料试样浸没于填充液中，负压筒的抽气端与浸润仓的开口密封对接，负压筒内密封滑动安装有橡胶塞，橡胶塞与拉杆连接，拉杆能向远离负压筒的抽气端的方向抽动橡胶塞，使橡胶塞滑动，致使负压筒对浸润仓抽负压，使陶瓷基纤维束复合材料试样孔隙中的空气析出，填充液填充在陶瓷基纤维束复合材料试样孔隙中。

为优化上述结构形式，采取的具体措施还包括：