一种包含耐压微波腔的复合材料固化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种包含耐压微波腔的复合材料固化装置，所述装置包括能密闭设置的微波腔体、微波发生器、振动气锤、物料托板、微波腔体增压部件和抽真空部件；微波发生器向微波腔体内发送微波用于为所述复合材料供热，物料托板设置在微波腔体内，物料托板上用于直接或间接放置复合材料待处理制件；振动气锤为能向所述物料托板和复合材料提供5000Hz以下振动频率的振动以及能提供2g以上竖直方向的振动加速度的振动的振动气锤；所述微波腔体增压部件包括至少一根与微波腔体连接而用于向微波腔体中输入压缩空气的微波腔体增压压缩气管。本实用新型专利技术所述装置可以使得复合材料预浸料在大气压或0.1MPa内的表压下固化得到性能优良的制件。

A Composite Material Curing Device Containing a Pressure-Resistant Microwave Cavity

【技术实现步骤摘要】
一种包含耐压微波腔的复合材料固化装置
本技术属于复合材料固化成型领域，具体涉及一种包含耐压微波腔的复合材料固化装置。
技术介绍
热压罐工艺是目前用于固化成型航空航天用高性能树脂基复合材料的最常用工艺，利用热压罐内部的高温压缩气体产生压力对复合材料预浸料进行加热、加压以完成固化成型。由于航空航天用的先进树脂基碳纤维增强复合材料在固化时一般都需要较高的温度和固化压力来减少固化过程中材料内部产生的缺陷，以保证固化后复合材料制件的质量，因此，热压罐固化成型工艺可以很好的满足此类高性能复合材料制件的成型需要。热压罐系统通常由罐体系统、加压系统、加热系统、冷却系统、真空系统、控制系统等构成。罐体系统分为内筒和外筒，加热、冷却系统位于内外筒之间，在最高使用温度下罐外表温度不得大于60℃，升温速率通常为1-5℃/min可调，冷却系统采用循环水冷却，降温速率通常为0.5-5℃/min可调；热压罐内压力通常可达1.5-2.5MPa，并设置有安全防爆装置；真空系统使制品与模具之间形成一定的真空度，以便罐内压力作用到制品上；控制系统配备有温度、压力、真空度的指示和记录仪表。热压罐工艺是通过加热罐内空气进而对制件进行由外而内的加热，虽然通过加热系统、加压系统以及鼓风系统的配合作用使得罐内的空气和压力相对均匀，但是在加热固化时，热量由材料外部向内部传递时，会在材料内部产生温度分布不均，进而使得固化程度不均匀，在材料内部产生较大的内应力，影响制件的成形质量。同时，由于热压罐结构复杂、系统庞大，属于高压压力容器，因此投资建造所需要的费用较高；不仅如此，其生产效率低且能耗巨大，设备制造和运行成本高昂等一些缺点，限制了热压罐成型工艺的发展甚至成为制约复合材料广泛应用的瓶颈，因此，亟需发展一种低成本的复合材料固化技术及相应的设备。微波具有选择性加热、加热速度快、加热均匀、穿透性强、热惯性小、节能环保等优点。作为一种新型的复合材料固化工艺，微波固化工艺的升温速率得到了很大程度的提高，通常可在5℃/min以上，因此能显著减少固化时间，降低生产成本，具有巨大的发展潜力。由于微波固化工艺采用的高升温速率明显减少了复合材料制件的成型时间，在限制材料内部夹杂的空气排出的同时也造成了树脂与纤维之间的浸渍不完全，使得成型后的复合材料内部存在大量的孔隙，削弱了树脂与纤维之间的界面结合性能；同时，由于复合材料本身属于热的不良导体，采用微波加热复合材料极有可能由于微波场的分布不均匀造成待成型的制件局部温度过高进而产生“热点”，局部温度过低导致复合材料固化不完全，使得采用此工艺固化成型得到的复合材料制件的性能和质量远逊与采用热压罐工艺所得的制件，限制了该工艺在工程上的广泛应用。国内外针对复合材料微波固化的设备研发方面开展了大量研究，并取得了一定的成果。CN201410295387提出了一种微波-压力固化复合材料的温度均匀分布方法，将复合材料置于多边形腔体中，通过微波在腔体内发生多次反射后入射至材料表面和内部，同时使气体压力通过压力容器提供后作用到材料表面；CN201610030557提出了一种微波加热装置及方法，在微波腔内放置吸波材料，由屏蔽微波区和透过微波区组成的微波局部屏蔽件覆盖在吸波材料外表面，进而针对复合材料制件的局部进行优先加热和固化；CN201410780220设计了一种成型装置，在微波加热复合材料过程中对复合材料制件的上下表面施加均衡的液体压力，有效压实复合材料制件；CN201610025303提出了一种复合能场加热装置，包括微波加热装置和热压罐，通过微波加热装置向微波腔内发送微波，通过热压罐提供的高压压实复合材料制件；专利申请CN201410471231、CN201410471234、CN201510109343等文件中也公开了使用热压罐与微波结合用于加热固化复合材料的技术。但是用上述技术及装置对复合材料进行加热固化时，并没有降低固化压力对复合材料的影响，甚至还引入了高压场，不仅没有发挥出微波固化工艺节能环保的优势，同时还因为微波-高压场的同时存在增加了工艺的安全隐患；此外，针对微波固化均匀性的改进措施大多是采用额外的吸波或屏蔽材料达到温度分布均匀的效果，并没有从原理上解决微波场分布不均匀的问题。因此，为了节约成本和提高安全系数，在不使用热压罐对复合材料进行高压固化时，如果能使得航空航天用的高性能复合材料的孔隙率也能实现类似在热压罐中热压固化的效果，这是本领域技术人员需要解决的问题。因此，本领域技术人员需要开发相应的用于高性能树脂基碳纤维增强复合材料制件固化的装置和方法。
技术实现思路
因此本技术提供一种含正多边形截面的棱柱形微波腔的复合材料固化装置，所述装置包括截面呈正多边形的棱柱形微波腔体、微波发生器、振动气锤、物料托板和抽真空部件；所述正多边形为五边至十二边之间，且棱柱体的五至十二个侧面上各设置有一根长度方向沿微波腔体的轴向布置且用于向微波腔体中馈送微波的裂缝天线，所述微波发生器向微波腔体内发送微波用于为所述复合材料供热，所述物料托板设置在微波腔体内，物料托板上用于直接或间接放置复合材料待处理制件；所述抽真空部件包括真空袋和真空管，用于将复合材料固化过程中产生的气体及时抽出并利用真空袋外的气压压实制件；所述振动气锤为能向所述物料托板和复合材料提供5000Hz以下振动频率的振动以及能提供2g以上竖直方向的振动加速度的振动的振动气锤。在一种具体的实施方式中，所述装置还包括用于支撑微波腔体卧式放置的支架(1)、用于控制微波发生器和振动气锤的操作控制系统(2)、设置在微波腔体轴向一端且呈矩形的炉门(30)、设置在炉门上用于观察微波腔体内情况的视镜(4)、用于一端设置在复合材料内部而实时检测复合材料内部温度的测温光纤(7)、用于连接所述真空管和真空袋的真空接头(8)、设置在微波腔体内部用于支撑振动气锤的支撑板(11)、设置在复合材料外且在真空袋内的透气毡(13)、设置在物料托板上用于支撑复合材料待处理制件的透波模具板(16)、用于实时检测振动气锤提供的振动加速度的加速度传感器(17)。在一种具体的实施方式中，所述装置还包括也用于为所述复合材料供热的电热件，优选所述装置还包括磁控管(24)、激励腔(25)、微波馈入法兰(26)、高压开关电源(28)和高压开关电源箱(29)。在一种具体的实施方式中，所述振动气锤为复合材料提供加速度竖直方向的随机不间断的振动，优选所述振动气锤均匀分布在物料托板下方。在一种具体的实施方式中，所述微波腔体的截面为正八边形。在一种具体的实施方式中，所述复合材料为T800碳纤维增强环氧树脂预浸料，所述振动气锤为能向所述复合材料提供2000Hz以下振动频率的振动以及能提供3g以上振动加速度的振动的振动气锤。在一种具体的实施方式中，所述振动气锤为能向所述复合材料提供10Hz以上振动频率的振动以及能提供50g以下振动加速度的振动的振动气锤，优选所述振动气锤为能向所述复合材料提供20Hz以上振动频率的振动以及能提供30g以下振动加速度的振动的振动气锤。在一种具体的实施方式中，所述振动气锤为能向所述复合材料提供30～1000Hz中至少部分振动频率的振动以及能提供5～20g中至少部分振动加速度的振动的振动气锤。本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含耐压微波腔的复合材料固化装置，其特征在于，所述装置包括能密闭设置的微波腔体(3)、微波发生器(5)、振动气锤(10)、物料托板(9)、微波腔体增压部件和抽真空部件；所述微波发生器向微波腔体内发送微波用于为所述复合材料供热，所述物料托板设置在微波腔体内，物料托板上用于直接或间接放置复合材料待处理制件(14)；所述抽真空部件包括真空袋(12)和真空管(6)，用于将复合材料固化过程中产生的气体及时抽出并利用真空袋外的气压压实制件；所述振动气锤为能向所述物料托板和复合材料提供5000Hz以下振动频率的振动以及能提供2g以上竖直方向的振动加速度的振动的振动气锤；所述微波腔体增压部件包括至少一根与微波腔体连接而用于向微波腔体中输入压缩空气的微波腔体增压压缩气管(62)，以及包括空气压缩机(18)和空气过滤器(19)，所述空气过滤器用于清洁空气压缩机中提供的压缩空气。

【技术特征摘要】
1.一种包含耐压微波腔的复合材料固化装置，其特征在于，所述装置包括能密闭设置的微波腔体(3)、微波发生器(5)、振动气锤(10)、物料托板(9)、微波腔体增压部件和抽真空部件；所述微波发生器向微波腔体内发送微波用于为所述复合材料供热，所述物料托板设置在微波腔体内，物料托板上用于直接或间接放置复合材料待处理制件(14)；所述抽真空部件包括真空袋(12)和真空管(6)，用于将复合材料固化过程中产生的气体及时抽出并利用真空袋外的气压压实制件；所述振动气锤为能向所述物料托板和复合材料提供5000Hz以下振动频率的振动以及能提供2g以上竖直方向的振动加速度的振动的振动气锤；所述微波腔体增压部件包括至少一根与微波腔体连接而用于向微波腔体中输入压缩空气的微波腔体增压压缩气管(62)，以及包括空气压缩机(18)和空气过滤器(19)，所述空气过滤器用于清洁空气压缩机中提供的压缩空气。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置还包括油雾器(20)，所述油雾器用于为振动气锤提供润滑和减少磨损，且振动气锤气管(61)和微波腔体增压压缩气管(62)均与所述空气压缩机(18)连接。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于支撑微波腔体卧式放置的支架(1)、用于控制微波发生器和振动气锤的操作控制系统(2)、设置在微波腔体轴向一端且呈矩形的炉门(30)、设置在炉门上用于观察微波腔体内情况的视镜(4)、用于一端设置在复合材料内部而实时检测复合材料内部温度的测温光纤(7)、用于连接所述真空管和真空袋的真...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛利华，关成龙，戴光明，杨晓波，刘桂铭，陈效平，吴欣桐，常腾飞，贺佳阳，胡健，林子钧，赵啸林，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43