微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法及装置制造方法
【专利摘要】一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法与装置。功率线性可调的微波源产生微波后由波导导入谐振腔体，穿透并加热复合材料，使其快速固化成型。装置采用先进的八边形微波模谐振腔体结构实现装置内电磁场的均匀性.采用自动阻抗匹配系统减少反射波对微波源的干扰，实现微波功率的最佳传输。微波炉八边形多模谐振腔的内侧壁上布置真空管接头和温度传感器，谐振腔内放置玻璃工作台，通过步进电机控制滚珠丝杠转动来控制工作台的前后运动。装置采用扼流槽防止微波外泄。本发明解决了传统热压罐成型方法制造纤维增强复合材料时间长、能耗高、受热不均的问题，节约固化时间，提高复合材料构件的质量和性能。
【专利说明】微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合材料固化方法，尤其是一种利用微波进行复合材料构件最终固化的方法及装置，具体地说是一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，纤维增强树脂基复合材料具有高比强度和比刚度、质量轻、耐热、耐腐蚀、抗疲劳、减震性能好等优点，广泛用于航空航天领域、交通运输、风力发电、电子电力等领域。预浸料则是把强化纤维(碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维)浸溃在基体(环氧树脂、聚酯树脂、热可塑性树脂等)中制成的预浸料片材产品，是复合材料的中间材料。
[0003]由于复合材料具有上述优异的性能，故针对不同的复合材料构件发展出了不同的成型方法。其中，热压罐成型方法在航空航天、汽车制造和石油化工等领域有着非常广泛的应用。尤其是在航空航天领域已经成为最为重要的成型工艺。但热压罐成型技术存在诸多的问题和缺陷:(1)热压罐固化时间长、能耗高及资源利用率低。热压罐工艺主要以对流换热的形式从外到里加热构件，温度差异是引起其内部热传导发生的根本原因。复合材料成型固化时间长，并需要保证足够的温度均匀性。这种加热方式效率低，时间长，温度控制具有滞后性，大量的能源被消耗。(2)热压罐成型大尺寸和厚度的构件会出现无法接受的温度梯度和比较差的压实度。大尺寸复杂复合材料的成型需要复杂的模具型面和支撑，热传导和表面的对流换热困难，构件的温度均匀性差。最终将导致构件产生残余应力和变形。厚层复合板在固化中温度梯度会导致粘性和固化度的各向异性，温度峰值首先出现在层板表面附近，然后向中央扩散，且几何形态对固化厚截面层板内部微裂纹的发展和脱胶有显著影响。同时，热压罐固化的复合材料胶结界面存在一些缺陷，力学性能不够理想，影响复合材料的质量和使用寿命。
[0004]而普通微波炉有以下几个缺点:(I)不能实现线性控制，最小加热功率过大，不利于对复合材料固化温度、过程的控制，容易烧坏复合材料构件。(2)没有专门的抽真空装置和温度传感器，不能抽真空和实时监视加热温度变化，复合材料的固化过程不容易控制。
(3)微波源通过天线直接将微波发射到炉内，不受控制的微波在炉内不断反射，分布不均匀，致使复合材料受热不均匀，复材内的固化程度不一致，使构件内部产生内应力，严重影响材料的性能。(4)普通金属模具导电，会屏蔽电磁波，无法实现加热。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有的复合材料热压罐固化存在的能耗大，周期长，而普通微波无法直接用于复合材料固化的问题，发明一种能利用微波对复合材料构件进行固化的方法，同时提供一种相配套的微波固化装置。
[0006]本发明的技术方案之一是:
一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法，其特征是采用功率线性可调的微波源产生微波，微波经过自动阻抗匹配系统调整后通过波导和裂缝天线均匀稳定地进入八边形多模谐振腔，加热放置于八边形多模谐振腔中玻璃板上的纤维增强树脂基复合材料构件；复合材料构件铺放在涂有脱模剂的复合材料模具表面，在复合材料构件表面覆盖脱模布、透气毡、隔离膜以及真空袋并用真空胶带密封；固化时，按工艺规程抽真空，并在模具上贴上温度传感装置，测量的温度反馈到控制系统，与工艺曲线比对，实时调整微波加热温度；通过八边形多模谐振腔和自动阻抗匹配系统实现加热区内电磁场的均匀性和负载稳定，保证复合材料构件固化温度分布均匀；同时，通过温度传感器实时测量复合材料构件的固化温度，保证固化过程的可控性；复合材料构件固化成型后，直接取出复合材料构件，在外部冷却至室温。
[0007]所述的复合材料模具为碳纤维增强复合材料模具、玻璃纤维增强复合材料模具、陶瓷材料模具、石英材料模具、耐高温水泥材料模具或耐高温石膏材料模具中的一种。
[0008]所述的功率线性可调的微波加热源的微波的频率范围包括:300MHz至300GHZ，微波频率固定不变或按1-20MHZ的范围线性或非线性变化；微波的功率按腔体的大小和加热介质的升温工艺要求，可在O至最大功率之间线性调节；进入八边形多模谐振腔中的微波包括TEM波，TE波，TM波中的一种或多种；所述的微波源由可控自耦变压器与磁控管组成，或由信号发生器与微波放大器组成。
[0009]所述的纤维增强树脂基复合材料，由预浸料在复合材料模具上一层一层铺叠而成，铺放方向各不相同；纤维增强用的纤维增强体包括连续的碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或硼纤维，或短切的碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维中的一种或多种混合；树脂基体包括:酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或其改性树脂。
[0010]在八边形微波多模谐振腔的表面设有能有效抵消微波、减少微波外泄的扼流槽，扼流槽的槽深为四分之一个微波波长。
[0011]所述的自动阻抗匹配系统由计算机控制步进电机驱动，通过控制阻抗匹配器中销钉的位置，进而调整阻抗的大小，控制波导的微波变化，在与八边形微波多模谐振腔体结构的共同作用下，使炉腔内的微波分布均匀，负载稳定，从而保证加热微波均匀稳定；
所述的温度传感装置包括热电偶、热敏电阻、红外传感器、光纤荧光传感器和光纤光栅传感器中的一种或多种。
[0012]本发明的技术方案之二是:
一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的装置，其特征是它包括:载物玻璃板1，真空管接口 2，扼流槽3，裂缝天线4，炉体5，温度传感器接头6，温度控制面板7，操作面板8，炉门9，滚珠丝杠10，步进电机11，PLC12，冷却水入口 13，冷却水出口 18，微波发生源19，微波传输线20，阻抗匹配器21，矩形波导装置22和八边形多模谐振腔23，所述的八边形多模谐振腔23安装在炉体5内，八边形多模谐振腔23的后部留有滚珠丝杠10的运动通道，后部其余部分密封，前部炉门9采用通用的扼流密封金属线圈，保证无电磁泄漏；载物玻璃板I与滚珠丝杠10相连并在其带动下将需固化的复合材料构件送入八边形多模谐振腔中或从八边形多模谐振腔中取出；滚珠丝杠10由步进电机11驱动，步进电机11受控于PLC12，微波发生源19的微波通过微波传输线20和阻抗匹配器21传递到矩形波导装置22，再由裂缝天线4将微波导入到八边形多模谐振腔23内；微波在八边形的八边形多模谐振腔23内来回反射，最终被纤维增强树脂基复合材料所吸收；冷却水从冷却水入口 13进入对微波发生源19进行冷却后从冷却水出口 18流出；阻抗匹配器21由计算机27和步进电机29驱动，放置于矩形波导装置22和微波发生源19之间；温度传感器接头6与各温度传感器相连实时测量复合材料构件上多点的温度值，并将温度数据传输给PLC12，自动控制微波功率，使加热温度符合工艺曲线；温度控制面板7和操作面板8控制装置的功率、加热温度和抽真空，满足装置正常运行要求。
[0013]固化过程中实时测量到的复合材料构件的温度和真空度在温度控制面板7和操作面板8上显示，以供控制系统监测和调整装置的工作状态，控制系统分手动和自动控制，手动控制时，由人工根据面板显示数据控制加热功率、加热时间和抽真空状态；自动控制时，在操作面板8处输入固化所需要的温度工艺曲线，由PLC控制装置自动运行。
[0014]所述的微波发生源19由微波信号发生器14、微波放大器15、可控自耦变压器16和磁控管17组成，微波信号发生器14的输出接微波放大器15，微波放大器的输出接可控自耦变压器的输入，可控自耦变压器的输出接磁控管，磁控管通过微波传输线输送到阻抗匹配器21匹配后传递到矩形波导装置22，再由裂缝天线4将微波导入到八边形多模谐振腔23内。
[0015]本发明的有益效果:
本发明解决了传统热压罐成型方法制造纤维增强复合材料时间长、能耗高、构件固化变形严重，内应力较大以及模具支撑复杂的问题，节约了固化时间，提高了复合材料构件的质量和性能。同时，也解决了普通微波炉微波分布不均匀、功率不能线性调控、负载不稳定和不能在内部抽真空的问题。
[0016]1.本发明采用功率线性可调的微波加热和抽真空加压固化成型复合材料，能在短时间内完成纤维增强树脂基复合材料的成型，提高构件的质量和性能，成型时间仅为传统方法的25%左右，但构件的强度同比能提高30%以上。
[0017]2.本发明可以成型高性能、尺寸稳定性好、内应力和变形小的纤维增强树脂基复合材料。同时极大的缩短了生产时间，提高了能源利用率。实现了纤维增强树脂基复合材料的快速固化成型，实验证明，变形量仅为现有方法的20%左右，因此内应力可以忽略不计。
[0018]3.本发明通过采用八边形微波多模谐振腔体，实现了电磁场分布的均匀性，保证被固化复合材料受热均匀，消除受热不均匀带来的固化变形和内应力问题。
[0019]4.本发明通过在炉腔内部布置真空管接口，实现装置内抽真空的需求，使加热过程中真空袋模具内保持真空，使复合材料紧贴模具表面，压实，从而提高构件的成型质量与性能。
[0020]5.本发明通过采用复合材料的模具，解决了普通金属模具导电、屏蔽电磁波的问题，同时也解决了其他材料模具存在的热膨胀系数匹配的问题。先用机加工的方法将金属加工出模具的形状，再经过翻模，制造出有所需外形的复合材料模具。
[0021]6.本发明通过采用自动阻抗匹配系统，解决了微波炉内反射波对微波源产生干扰的问题，能快速精确地匹配所需要的阻抗，保证负载的稳定性，实现微波功率的最佳传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的微波固化纤维增强树脂基复合材料构件装置的总体结构横截面示意图。
[0023]图2是本发明的微波固化纤维增强树脂基复合材料构件装置的总体结构示意图。[0024]图3是本发明的微波固化纤维增强树脂基复合材料构件装置自动阻抗匹配器的工作原理示意图。
[0025]图4是本发明的纤维增强树脂基复合材料在模具上铺放的示意图。
[0026]图中:I为载物玻璃板，2为真空管接口，为3扼流槽，4为裂缝天线，5为炉体，6为温度传感器接头，7为温度控制面板，8为操作面板，9为炉门，10为滚珠丝杠，11为步进电机，12为PLC, 13为冷却水入口，14为信号发生器，15为微波放大器，16为可控自稱变压器，17为磁控管，18为冷却水出口，19为微波发生源，20为微波传输线，21为阻抗匹配器，22为矩形波导装置，23为八边形多模谐振腔，24为六端接口，25为A/D转换器，26为接口，27为计算机，28为驱动电路，29为步进电机，30为销钉，31为负载，32为端口 1，33为端口 11(待测面)，101为模具，102为脱模剂，103为脱模布，104为真空袋，105为带孔隔离膜，106为复合材料，107为透气毡，108为真空阀，109为快速接头，110为密封胶带。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0028]实施例一。
[0029]如图1-4所示。
[0030]一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法，它首先对用于制造复合材料构件所铺放的一层或若干层预浸料纤维铺层进行预抽真空，放入八边形多模谐振腔中进行微波加热。在整个固化过程中，使用温度传感器监测构件表面多个点的温度，自动控制微波功率，使加热温度符合工艺曲线。实时测量和监控固化过程中构件的温度和真空。复合材料固化完成后，打开炉门，将构件置于装置外降温冷却。下一批零件和构件再按上述方法放入装置内固化成型。如图1、2所示。
[0031]固化过程中可采用功率线性可调的微波源产生微波，微波经过自动阻抗匹配系统调整后通过波导和裂缝天线进入八边形微波多模谐振腔，加热放置于八边形腔体中玻璃板上的纤维增强树脂基复合材料，经过调整的微波在炉腔内均匀稳定。复合材料铺放在涂有脱模剂的复合材料模具表面，材料表面覆盖脱模布、透气毡、隔离膜以及真空袋等辅助抽真空材料，用真空胶带密封如图4。固化时，按工艺规程抽真空，并在模具上贴上温度传感装置。装置采用先进的八边形微波多模谐振腔体结构和自动阻抗匹配系统，实现装置内电磁场的均匀性和负载稳定，保证构件固化温度分布均匀。同时，安装在装置内的温度传感器实时测量构件的温度，保证固化过程的可控性。装置还采用扼流槽减少微波外泄。复合材料构件成型后，直接取出复合材料，在外部冷却至室温。所述的模具可由碳纤维增强复合材料或玻璃纤维增强复合材料或陶瓷材料或石英材料或耐高温水泥材料或耐高温石膏材料中的一种制造而成。功率线性可调的微波加热源，其微波的频率范围包括:300MHz至300GHZ，微波频率可固定不变，也可按照1-20MHZ的范围线性或非非线性变化。微波的功率按腔体的大小和加热介质的升温工艺要求，可在O至最大功率之间线性调节。多模谐振腔体中的微波包括TEM波，TE波，TM波中的至少一种或多种模式。微波源由可控自耦变压器与磁控管组成，或由信号发生器与微波放大器组成。纤维增强树脂基复合材料铺放时由预浸料在模具上一层一层铺叠而成，铺放方向可各不相同。如图4，其中的纤维增强体包括连续的碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或硼纤维；或短切的碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维，中的一种或多种混合。其中的树脂基体包括:酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或其改性树脂。所采用的扼流槽槽深可为四分之一个微波波长，以便能有效抵消微波，减少微波外泄。自动阻抗匹配系统通过计算机控制步进电机的驱动，控制阻抗匹配器中销钉的位置，如图3进而调整阻抗的大小，控制波导的微波变化，在与八边形微波多模谐振腔体结构的共同作用下，使炉腔内的微波分布均匀，负载稳定，从而保证加热微波均匀稳定。微波加热时采用温度传感器实时测量复合材料构件表面多个点的温度。测量的温度反馈到装置的控制系统，与工艺曲线比对，实时调整微波加热温度，实现高精度的温度控制。其中温度传感器包括热电偶、热敏电阻、红外传感器、光纤荧光传感器和光纤光栅传感器中的一种或多种。
[0032]实施例二。
[0033]如图1-3所示。
[0034]一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的装置，它包括:载物玻璃板1，真空管接口 2，扼流槽3，裂缝天线4，炉体5，温度传感器接头6，温度控制面板7，操作面板8，如图1，炉门9，滚珠丝杠10，步进电机11，PLC12，冷却水入口 13，冷却水出口 18，微波发生源19，微波传输线20，阻抗匹配器21，矩形波导装置22和八边形多模谐振腔23，如图2，所述的八边形多模谐振腔23安装在炉体5内，八边形多模谐振腔23的后部留有滚珠丝杠10的运动通道，后部其余部分密封，前部炉门9采用通用的扼流密封金属线圈，保证无电磁泄漏；载物玻璃板I与滚珠丝杠10相连并在其带动下将需固化的复合材料构件送入八边形多模谐振腔中或从八边形多模谐振腔中取出；滚珠丝杠10由步进电机11驱动，步进电机11受控于PLC12，微波发生源19的微波通过微波传输线20和阻抗匹配器21传递到矩形波导装置22，再由裂缝天线4将微波导入到八边形多模谐振腔23内；微波在八边形的八边形多模谐振腔23内来回反射，最终被纤维增强树脂基复合材料所吸收；冷却水从冷却水入口 13进入对微波发生源19进行冷却后从冷却水出口 18流出；阻抗匹配器21由计算机27和步进电机29驱动，放置于矩形波导装置22和微波发生源19之间；温度传感器接头6与各温度传感器相连实时测量复合材料构件上多点的温度值，并将温度数据传输给PLC12，自动控制微波功率，使加热温度符合工艺曲线；温度控制面板7和操作面板8控制装置的功率、加热温度和抽真空，满足装置正常运行要求。固化过程中实时测量到的复合材料构件的温度和真空度在温度控制面板7和操作面板8上显示，以供控制系统监测和调整装置的工作状态，控制系统分手动和自动控制，手动控制时，由人工根据面板显示数据控制加热功率、加热时间和抽真空状态；自动控制时，在操作面板8处输入固化所需要的温度工艺曲线，由PLC控制装置自动运行。所述的微波发生源19由微波信号发生器14、微波放大器15、可控自耦变压器16和磁控管17组成,微波信号发生器14的输出接微波放大器15,微波放大器的输出接可控自耦变压器的输入，可控自耦变压器的输出接磁控管，磁控管通过微波传输线输送到阻抗匹配器21匹配后传递到矩形波导装置22，再由裂缝天线4将微波导入到八边形多模谐振腔23内。微波通过与微波发生源19连接的微波传输线20和阻抗匹配器21传递到矩形波导22，再由裂缝天线4将微波导入到多模谐振腔23内。微波在八边形的多模谐振腔23内来回反射，最终被纤维增强树脂基复合材料所吸收。在固化开始时，真空管与真空管接口2连接，系统抽真空。随着材料的温度升高，树脂的固化反应开始进行，经过一段时间的加热和保温，复合材料固化成型。八边形谐振腔23尺寸由谐振模式数和功率决定，其后部留有滚珠丝杠的运动通道，后部其余部分密封，前部炉门9采用通用的扼流密封金属线圈，保证无电磁泄漏。八边形多模谐振腔23，可以激励多个电磁场工作模式。配合矩形波导管22和阻抗匹配器21，在谐振腔内形成均匀稳定的电磁场，使被加热材料的温度均匀性更好。阻抗匹配器21由计算机和步进电机驱动，放置于矩形波导22和微波发生源19之间。在装置的顶部安装多个温度传感器，并与温度传感器接头6连接，实时测量复合材料构件上多点的温度值，并将温度数据传输给PLC12，自动控制微波功率，使加热温度符合工艺曲线。温度控制面板7和操作面板8控制装置的功率、加热温度和抽真空，满足装置正常运行要求。控制系统通过实时测量固化过程中构件的温度和真空，显示到温度控制面板7和操作面板8，以供监测和调整装置的工作状态。控制系统分手动和自动控制，手动控制时，由人工根据面板显示数据控制加热功率、加热时间和抽真空状态。自动控制时，在操作面板8处输入固化所需要的温度工艺曲线，由PLC控制装置自动运行。PLC12控制步进电机11，通过滚珠丝杠10的传动，推动玻璃板I前后，与炉外的起重机配合，方便装卸体积质量大的模具。
[0035]以碳纤维为增强材料，以热固性树脂为基体，固化本发明构件的具体实施例如下:
图4为本发明的复合材料在模具上的铺层过程。在模具101成型表面均匀地刷一层脱模剂102，20分钟后刷第二次，再过30分钟刷第三次。待脱模剂102干燥凝固后，取20层剪裁好的热固性树脂基碳纤维增强复合材料的预浸料106，按照0°、45°、90°、135°的顺序依次铺设在复合材料制作的模具101上，使层与层，材料表面与模具之间紧贴。
[0036]铺层完毕后，在复合材料表面按顺序铺设脱模布103、带孔隔离膜105、透气毡107、真空袋104。真空袋104沿模具101周围用密封胶带110密封，在边缘处安放真空阀108和快速接头109，抽真空，检测气密性，如果漏气，继续压实密封胶带110并重复检测步骤，若气密性完好，则模具准备移入微波炉内固化。
[0037]图1，2为本发是明微波炉控制固化复合材料的过程。在操作面板8输入指令，由PLC12控制步进电机11，通过滚珠丝杠10的传动，推动玻璃板I向炉外运动，使用起重机将待固化的复合材料和模具放到玻璃板I上，将真空管与真空管接头2连接，抽真空，再从操作面板8上输入指令，收回玻璃板I。关闭炉门9，拧紧门上的旋钮。在操作面板8处设定所需的温度和工艺曲线，先设定80度预固化一段时间，再设置120度固化转变温度保持一段时间，设置控制方式为自动控制，启动微波炉。
[0038]微波炉启动后，PLC12控制启动电容变压器，使微波发生源19通电，产生微波，同时冷却水从冷却水入口 13进入，冷却微波源，由冷却水出口 18流出。微波通过微波传输线20，经由阻抗匹配器21的调节，传输到矩形波导22中。微波通过裂缝天线4进入谐振腔23中后开始加热纤维增强树脂基复合材料。真空接头2和温度传感器接头6实时传输真空度和温度传感器的温度值，显示到上位机界面，同时将信号传输给PLC12，经过信号处理后调整微波发生源19的输出，对微波功率进行实时调控，使温度曲线符合所设定的工艺曲线。
[0039]固化完成后，关闭微波源，打开炉门9。PLC12控制步进电机11，通过滚珠丝杠10的传动，推动玻璃板I向炉外运动，使用起重机取出固化好的复合材料和模具，在自然条件下冷却至室温。
[0040]图3为本发明自动阻抗匹配器的工作过程。阻抗匹配器中，端口 1133连接磁感装置，端口 132连接矩形波导22。微波加热过程中，微波发生源19产生微波后，进入阻抗匹配器21。用六端接口 24完成对端口 1133的检测，检测后的值经过A/D转换器25的转化，通过接口 26传入计算机27中。计算机27将数据与数据库内的数据相比较，得所需的到调整值，再将调整信号通过接口 26传输给驱动电路28，驱动步进电机29转动，调整三根销钉30深入的长度，从而改变阻抗匹配器的阻抗，实现高精度高速度的阻抗匹配，从而消除反射波对微波源的干扰，实现微波功率的最佳传输。
[0041]以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
[0042]本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法，其特征是采用功率线性可调的微波源产生微波，微波经过自动阻抗匹配系统调整后通过波导和裂缝天线均匀稳定地进入八边形多模谐振腔，加热放置于八边形多模谐振腔中玻璃板上的纤维增强树脂基复合材料构件；复合材料构件铺放在涂有脱模剂的复合材料模具表面，在复合材料构件表面覆盖脱模布、透气毡、隔离膜以及真空袋并用真空胶带密封；固化时，按工艺规程抽真空，并在模具上贴上温度传感装置，测量的温度反馈到控制系统，与工艺曲线比对，实时调整微波加热温度；通过八边形多模谐振腔和自动阻抗匹配系统实现加热区内电磁场的均匀性和负载稳定，保证复合材料构件固化温度分布均匀；同时，通过温度传感器实时测量复合材料构件的固化温度，保证固化过程的可控性；复合材料构件固化成型后，直接取出复合材料构件，在外部冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的复合材料模具为碳纤维增强复合材料模具、玻璃纤维增强复合材料模具、陶瓷材料模具、石英材料模具、耐高温水泥材料模具或耐高温石膏材料模具中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的功率线性可调的微波加热源的微波的频率范围包括:300MHz至300GHZ，微波频率固定不变或按l_20MHz的范围线性或非线性变化；微波的功率按腔体的大小和加热介质的升温工艺要求，可在O至最大功率之间线性调节；进入八边形多模谐振腔中的微波包括TEM波，TE波，TM波中的一种或多种；所述的微波源由可控自耦变压器与磁控管组成，或由信号发生器与微波放大器组成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的纤维增强树脂基复合材料，由预浸料在复合材料模具上一层一层铺叠而成，铺放方向各不相同；纤维增强用的纤维增强体包括连续的碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或硼纤维，或短切的碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维中的一种或多种混合；树脂基体包括:酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或其改性树脂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是在八边形微波多模谐振腔的表面设有能有效抵消微波、减少微波外泄的扼流槽，扼流槽的槽深为四分之一个微波波长。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的自动阻抗匹配系统由计算机控制步进电机驱动，通过控制阻抗匹配器中销钉的位置，进而调整阻抗的大小，控制波导的微波变化，在与八边形微波多模谐振腔体结构的共同作用下，使炉腔内的微波分布均匀，负载稳定，从而保证加热微波均匀稳定。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的温度传感装置包括热电偶、热敏电阻、红外传感器、光纤突光传感器和光纤光栅传感器中的一种或多种。
8.一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的装置，其特征是它包括:载物玻璃板(1)，真空管接口(2)，扼流槽(3)，裂缝天线(4)，炉体(5)，温度传感器接头(6)，温度控制面板(7)，操作面板(8)，炉门(9)，滚珠丝杠(10)，步进电机(11)，PLC (12)，冷却水入口( 13)，冷却水出口(18)，微波发生源(19)，微波传输线(20)，阻抗匹配器(21)，矩形波导装置(22)和八边形多模谐振腔(23)，所述的八边形多模谐振腔(23)安装在炉体(5)内，八边形多模谐振腔(23)的后部留有滚珠丝杠(10)的运动通道，后部其余部分密封，前部炉门(9)采用通用的扼流密封金属线圈，保证无电磁泄漏；载物玻璃板(I)与滚珠丝杠(10)相连并在其带动下将需固化的复合材料构件送入八边形多模谐振腔中或从八边形多模谐振腔中取出；滚珠丝杠(10)由步进电机(11)驱动，步进电机(11)受控于PLC (12)，微波发生源(19)的微波通过微波传输线(20)和阻抗匹配器(21)传递到矩形波导装置(22)，再由裂缝天线(4)将微波导入到八边形多模谐振腔(23)内；微波在八边形的八边形多模谐振腔(23)内来回反射，最终被纤维增强树脂基复合材料所吸收；冷却水从冷却水入口(13)进入对微波发生源(19)进行冷却后从冷却水出口(18)流出；阻抗匹配器(21)由计算机(27)和步进电机(29)驱动，放置于矩形波导装置(22)和微波发生源(19)之间；温度传感器接头(6)与各温度传感器相连实时测量复合材料构件上多点的温度值，并将温度数据传输给PLC( 12)，自动控制微波功率，使加热温度符合工艺曲线；温度控制面板(7)和操作面板(8)控制装置的功率、加热温度和抽真空，满足装置正常运行要求。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征是固化过程中实时测量到的复合材料构件的温度和真空度在温度控制面板(7)和操作面板(8)上显示，以供控制系统监测和调整装置的工作状态，控制系统分手动和自动控制，手动控制时，由人工根据面板显示数据控制加热功率、加热时间和抽真空状态；自动控制时，在操作面板(8)处输入固化所需要的温度工艺曲线，由PLC控制装置自动运行。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征是所述的微波发生源(19)由微波信号发生器(14)、微波放大器(15)、可控自耦变压器(16)和磁控管(17)组成，微波信号发生器(14)的输出接微波放大器(15)，微波放大器的输出接可控自耦变压器的输入，可控自耦变压器的输出接磁控管，磁控管通过微波传输线输送到阻抗匹配器(21)匹配后传递到矩形波导装置(22)，再由 裂缝天线(4)将微波导入到八边形多模谐振腔(23)内。
【文档编号】B29C70/54GK103587130SQ201310480686
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】李迎光, 李楠垭, 袁蕾, 姜昱, 曾雪妮, 董自瑞, 王经纬 申请人:南京航空航天大学