碳碳復合材料檢測：核心檢測項目與技術解析

一、物理性能檢測

1. • 檢測意義：孔隙率直接影響材料的力學強度、熱導率和抗氧化性。
   • 方法：采用阿基米德排水法（ASTM D792）測量表觀密度，結合壓汞法或顯微CT掃描分析孔隙分布及連通性。
2. • 檢測內容：碳纖維排布方向、基體碳的致密性、界面結合狀態。
   • 方法：掃描電鏡（SEM）觀察斷口形貌，拉曼光譜分析碳結構的石墨化程度。

二、力學性能檢測

1. • 測試標準：ASTM C1275（拉伸）、ASTM C695（壓縮）。
   • 要點：需區分平行于纖維方向（縱向）和垂直方向（橫向）的強度差異。
2. • 三點彎曲試驗：評估材料抗彎模量和斷裂韌性。
   • 層間剪切強度：通過短梁剪切試驗（ASTM D2344）檢測纖維與基體界面結合強度。

三、熱學性能檢測

1. • 方法：激光閃射法（ASTM E1461）測量熱擴散率，計算熱導率；熱機械分析儀（TMA）測定熱膨脹系數（CTE）。
2. • 檢測條件：在空氣環境中，模擬材料在800~1200℃的氧化行為。
   • 指標：氧化失重率、表面形貌變化（SEM分析氧化坑洞）。

四、化學分析

1. • 檢測項目：碳純度（＞99%）、金屬雜質（Fe、Na等）、游離硅含量。
   • 方法：X射線熒光光譜（XRF）、電感耦合等離子體（ICP-MS）。
2. • 技術：X射線光電子能譜（XPS）分析纖維-基體界面化學鍵類型（C-C鍵或弱結合）。

五、缺陷與損傷檢測

1. • X射線斷層掃描（CT）：檢測內部裂紋、分層、孔隙聚集等缺陷。
   • 超聲波檢測：通過聲速衰減評估材料內部均勻性。
2. • 紅外熱像法：利用熱激勵檢測近表面裂紋。
   • 滲透檢測：熒光滲透劑顯示表面微裂紋。

六、應用場景專項檢測

1. • 耐燒蝕性：高溫燃氣流沖刷試驗（模擬火箭發動機環境）。
   • 抗熱震性：急速升溫-冷卻循環測試（如從2000℃驟冷至室溫）。
2. • 摩擦性能：慣性臺架試驗測定摩擦系數、磨損率（GB/T 29063-2012）。
   • 熱衰退性：連續制動后摩擦系數的穩定性。
3. • 中子屏蔽性能：中子通量衰減測試（需結合含硼碳纖維改性分析）。

七、檢測難點與挑戰

• 各向異性：需針對材料各向異性設計多方向檢測方案。
• 極端環境模擬：高溫、氧化、輻射等多因素耦合測試設備開發。
• 復雜結構評估：如三維編織C/C復合材料的內部缺陷定位。

• 《航天用碳碳復合材料檢測規范》（GB/T 34534-2017）
• 碳碳復合材料界面改性對力學性能的影響（J. Mater. Sci. Technol., 2022）