以碳纤维为增强相，并和基体材料进行结合，经一定工艺处理后得到的材料即为复合材料。这种材料的主要优势是质量较轻、强度较大等，该特点一般的表现形式为比强度和比刚度。然而，虽然复合材料具有很多优异的性能，但安全使用的先决条件是要及时发现缺陷，确保产品品质。而在在碳纤维复合材料中，存在着最为普遍、影响最大的缺陷便是孔隙问题。
1.复合材料孔隙的影响
1.1孔隙率对剪切性能的影响
根据相应的调查结果显示，当孔隙含量为1%时，原有的材料层间剪切强度就会降低5～15%，当孔隙含量为4%时，就会使得该变化逐渐平稳，始终维持在一定变化范围内。其次，有关专家经过大量实验得出了复合材料孔隙率与层间剪力之间的联系，即在孔隙率低于0.75%时，材料剪力均为76MPa左右，而在孔隙率超过1.5%后，材料剪力就会急剧降低，仅能维持60%的性能。
1.2孔隙率对弯曲性能的影响
在对聚酞亚胺复合材料进行力学特性分析时，相关专家对孔隙率与弯曲强度之间的关系进行了深入研究，由此发现，当孔隙比例低于1%时，弯曲强度基本不会发生较大改变，且能维持在90%以上；而高于3%后，弯曲强度会发生一定变化，但降低趋势较小，能够维持75%以上的性能。但如果孔隙率达到一定数值的时候，则会导致材料弯曲强度产生大幅降低的现象，进而使得材料受损。
1.3孔隙形态对力学性能的影响
通过对孔隙形态、大小及分布等的分析，发现当孔隙纵横比例增大时，该材料的层间抗剪能力就会下降20%。同时，相关研究表明，在制备工艺中，材料表面会出现大量的缺陷，这些缺陷主要包括：宏观和微观两种。在微观缺陷方面，其突出特征为：孔隙细小，尺寸可达微米，且以一定的体积率分布于树脂及纤维的界面上，会对复合材料的性能产生较大的影响，
2.复合材料孔隙率超声检测技术
2.1衰减法
超声衰减的主要使用方法为通过利用超声波在相应介质中进行传播，之后对传播距离进行控制，来观察能量变化情况。在复合材料检测方法中，超声衰减技术是当前最常用的一种方法，应用原理包含：一是可以根据超声衰减的频谱特性和孔容积百分比的相关规律，得到孔隙大小；二是可以通过测定超声衰减术在不同介质中的消耗量，得到孔隙大小和材料之间的比值，从而实现对孔隙大小的准确判断。两种检测技术的基本原理均是利用声场的衰减来确定各个孔隙之间的对应关系，但还需要考虑其他影响声场衰减的因素，比如其他缺陷引起的声场损耗。
2.2衰减法中的频域分析法
在该方法中，会将超声波衰减作为一个频率函数，并通过衰减系数对之进行导数求取。因孔隙在介质中的非均质性，为了得到介质的频率导数，通常需要通过多点观测并求取其均值。由试验发现，材料的衰减系数与孔隙比呈一定的线性相关，并且当孔隙比增大时，材料的中心频率将会显著降低，同时降低程度与孔隙比也具有线性关系。根据孔隙的大小以及材质的大小，将之与各种参数相乘，就能得到对应的线性指数。此外，有关专家还把超声速度变化和孔隙含量相关联。在建立相应模型时，将该方法中的参数与同一物质材料进行校准标记，再根据相关公式计算出材料样品的孔隙系数。因此，该方法因可以通过试验进行校正，所以具有很好的实际应用价值。
2.3声阻抗法
声阻抗是指超声波在固体中传播时，沿声路径所产生的阻抗。声阻抗与声速成正比，与声衰减成反比。当超声波在固体中传播时，以树脂为例，其声阻抗可由如下关系式表示：Z=p×v=[m+（n-nP）]（v0-kP）=c0P2-c1P+c2在式中：c0 、c1 、c2表示纤维体积分数、纤维、树脂密度的常数，p为试样密度，P标识孔隙率，v0-kP代表纵波声速和孔隙的关系，v标识纵波声速。可见，在实际应用中，由于影响声阻抗的因素很多，如固体的密度、声速、材料的化学组成以及几何结构等都会对声阻抗产生影响。而通过试验可知，在低频时，声阻抗呈现出线性关系；而在高频时，声阻抗则呈现出非线性关系。其次，通常情况下声波在固体中传播时，声阻抗是因频率的增加而减小的，这主要是由于在固体中传播会使声能与声速呈线性关系。最后，声阻抗还具有“指向性”特性：声波在固体中传播时，声波的频率越高，声阻抗越小；反之，当声波频率越低时，声阻抗越大。
2.4声速法
通过对相关理论的研究可得知，如果声波按照与纤维排列顺序相垂直的方向进行传播，这时纵波的声速VL=（C22/P）1/2，而横波声速VS=（C22-C23/2P）1/2。其次，当复合材料的孔隙增多时，就会导致声速逐渐减慢，依据二者之间这样的联系，便可使用声速来对材料的孔隙量进行检测。为进行验证，可对具有2mm厚度的复合材料板进行试验，得知，当材料板不存在孔隙时，产生的声速为2889m/s，需要穿透的时间为1.341μs，而在材料的孔隙率在1%左右时，就会使得声速降低到2853m/s，这时的穿透时间为1.358μs，同时，若传播介质水温发生相应的细微提升，还会使得纵波在水中的传递速度变化为1.484.0m/s。而控制传播在100mm范围内进行，则总体的传播时间则为113ns。可见，温度对于实验结果会产生一定的干扰，因此，使用声速法进行检测时，除了要对应用设备的性能进行严格把控外，还需要对各种环境因素进行监督。所以使用声速法，就难以制作和孔隙所对应的模型，造成检测困难程度增加，即使声速法可有效克服衰减法中受孔隙大小影响的问题，但是在精准性方面来说却较差。且关于该手段相关的推导公式成立的基础为孔隙尺寸较小、使用频率较低，可实际情况是：一旦孔隙尺寸和波长处于同一量级的时候，孔隙就会因对超声波的散射作用，而导致结果出现偏差。
结语：因为在复合材料加工制作时，孔隙是一种无可避免的现象，而且对材料的力学性能有很大的影响，所以对孔隙进行测试以及提升检测精度是非常关键的。在具体实践中，因为不同的生产过程、不同的材料，形成的内部结构也存在一定差异，所以使用破损方法来测量孔隙率，会影响相应的经济利益。所以无论是从经济上，还是从实用上来看，都需要在不损伤材料的前提下，进行无损检验，以区分优劣。因此，有关行业就要加大对孔隙含量进行无损检验的研究力度，以进一步提升检测的精准性。
参考文献：
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