蘇州費馬科儀自動化技術(shù)有限公司
碳纖維板金相制備---觀測截面碳纖維直徑
檢測樣品：碳纖維板
檢測項目：截面直徑觀測
方案概述：碳纖維板的密度僅為鋼材的五分之一，但抗拉強度卻超過3500MPa是鋼材的數(shù)倍，能夠有效抵御酸堿鹽等化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，適用于化工、海洋工程等領(lǐng)域。碳纖維板的強度、模量與耐久性，根本上取決于內(nèi)部纖維的排布、分布、直徑及其與樹脂基體的結(jié)合狀態(tài)。如何清晰地“看見”并精 準(zhǔn)測量這些微觀結(jié)構(gòu)，成為材料研發(fā)、質(zhì)量管控與失效分析中無法回避的問題。
前言
碳纖維板的密度僅為鋼材的五分之一，但抗拉強度卻超過3500MPa是鋼材的數(shù)倍，能夠有效抵御酸堿鹽等化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，適用于化工、海洋工程等領(lǐng)域。
碳纖維板的強度、模量與耐久性，根本上取決于內(nèi)部纖維的排布、分布、直徑及其與樹脂基體的結(jié)合狀態(tài)。如何清晰地“看見”并精 準(zhǔn)測量這些微觀結(jié)構(gòu)，成為材料研發(fā)、質(zhì)量管控與失效分析中無法回避的問題。
碳纖維樣品制備難點
浮凸效應(yīng)：碳纖維與樹脂基體硬度差異顯著，常規(guī)磨拋易導(dǎo)致磨損不均，截面失真，無法準(zhǔn)確測量纖維直徑。
纖維損傷：碳纖維脆性大，制樣過程中易產(chǎn)生邊緣崩裂或內(nèi)部破碎，觀測形貌非原始狀態(tài)。
界面破壞：不當(dāng)?shù)膽?yīng)力或熱影響可能弱化纖維-樹脂界面，導(dǎo)致纖維拔脫，誤判為材料缺陷。
碳纖維板金相制備方案
針對該樣品，我們設(shè)計了一套精細(xì)化、可復(fù)現(xiàn)的制樣流程。
圖1 樣品宏觀圖
制樣流程
鑲嵌：
Fpress 30UV 光固化鑲嵌機(jī)，搭配環(huán)保UV樹脂(FUH1000)實現(xiàn)健康，高效制樣。
圖2 Fpress 30UV 光固化鑲嵌機(jī)
1.選擇FUH1000，將樣品置于模具中心，澆注樹脂至覆蓋整個試樣且具有足夠的高度；
2.將試樣放置至Fpress 30UV光固化機(jī)中，在60-120S內(nèi)鑲嵌試樣即可凝固。
圖3 鑲嵌效果
磨拋：
使用FEMA自研的全自動磨拋機(jī)Fpol 252A auto和磨拋輔材，經(jīng)過下表的磨拋工序后，得到平整、光亮、無劃痕的觀察面。
表1 磨拋參數(shù)表
研磨階段：
從800目至4000目砂紙逐級精細(xì)研磨，并逐級降低載荷。最 后的4000目精磨旨在用極小的壓力磨平前期可能產(chǎn)生的微小破碎層。
拋光階段：
選用硬度適中、表面平整的合成拋光布DAC，配合1μm金剛石懸浮液進(jìn)行粗拋。再使用0.05μm二氧化硅懸浮液在柔軟的高彈性拋光布CHEM上精拋，去除細(xì)微劃痕，獲得鏡面效果。
圖4 Fpol 252A auto 全自動磨拋機(jī)
顯微觀察：
經(jīng)過上述方案，我們得到一個能夠觀測的樣品。使用研究級正置金相顯微鏡BM100G 進(jìn)行觀察。
圖5 BM100G 研究級正置金相顯微鏡
低倍率（100X）：視野內(nèi)纖維分布均勻，截面整體平整。
圖6 試樣明場100倍
中高倍率（200X-500X）：單根碳纖維輪廓清晰、連續(xù)，纖維與樹脂基體界面結(jié)合處干凈、分明。具備纖維直徑的測量條件。
圖7 試樣明場200倍
圖8 試樣明場500倍
高倍率（1000X）：即使放大到極限，纖維邊緣清晰，無毛刺或破碎，樹脂區(qū)域光滑，驗證了制樣過程造成的損傷已非常少。
圖9 試樣明場1000倍
小結(jié)
1.使用Fpress 30UV光固化機(jī)鑲嵌試樣，簡單的操作步驟就可實現(xiàn)快速制樣，搭配環(huán)保UV樹脂(FUH1000)提升安全性，響應(yīng)環(huán)保要求，實現(xiàn)健康，高效制樣；
2.在研磨階段若破碎過多，最 后一道研磨，使用4000目砂紙研磨，小的力道與研磨速度充分將破碎磨除；
3.碳纖維樣品磨拋難點為纖維易破碎、難磨平，纖維與基材硬度差距大，易浮凸，因此采用較硬且平整的拋光布DAC搭配1μm金剛石在合適力道下拋光3min，充分去除碳纖維的破碎層。
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