[发明专利]一种复合材料微波加热加压成型装置

说明书

一种复合材料微波加热加压成型装置，它通过直接在圆形耐压容器内形成微波谐振腔并配合特殊设计的微波馈能方式，对封装在真空袋内的复合材料进行微波加热加压固化成型。本发明突破了现有复合材料微波压力固化装备的设计局限，无需内置多边形微波谐振腔体，大幅度提高了圆形耐压容器内的空间利用率，降低微波压力成型装置的安装复杂度和制造成本。

技术领域

本发明涉及一种复合材料加热成型装置，具体地说是一种复合材料微波加热加压成型装置。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料是适应航空航天等领域的高端需求而发展起来的一种高性能复合材料，具有轻质、高强和可设计等优异性能。经过近40年的发展，复合材料在飞机上用量迅速增加, 先进飞机复合材料的结构重量都在50%以上，并且从最初的水平安定面等非承力构件发展到机身隔框和机翼翼梁等复杂曲面主承力构件。

目前，复合材料主要采用热压罐固化成型。通过电阻丝加热罐内空气，采用风机将空气吹拂到模具及复合材料表面进行加热，该方法存在在零件厚度方向上温度梯度大，固化时间长，能耗高等问题。近年来提出的微波高压固化技术采用电磁波穿透至纤维增强树脂基复合材料内部，利用材料自生极性分子的高频振荡摩擦生热，从而使复合材料内外同时、均匀固化成型。

行业内普遍认为微波在圆形腔体内会向腔体中心集中，无法实现微波空间均匀分布，并且电磁场分布基本固定，无法通过调整达到相对均匀的分布，以实现对复合材料的有效加热。通常在圆形压力罐体内放置多边形微波谐振腔，利用腔体壁面对微波的多次反射使微波在谐振腔内相对均匀。然而，内置多边形微波腔体后，圆形压力罐体内的空间利用率被大大降低。此外，在双层腔体之间的狭小空间内难以安装微波传输器件和压力管路。此外，多边形微波腔体屏蔽门在打开和关闭的过程中与圆形压力罐体产生严重干涉。为避免上述问题，只能进一步缩小内置多边形腔体尺寸，使得圆形压力罐体内的空间利用率进一步降低。

本发明突破现有思维局限，直接在圆形压力罐体内形成微波谐振腔。经过大量仿真实验，发现通过合理布置微波馈能方式，可以实现均匀的微波分布，并大大改善腔体内部电磁场的可控程度。本发明可以大幅度提高圆形耐压微波腔体内空间的利用率，大大降低微波压力成型装置的安装复杂度和制造成本。

发明内容

本发明的目的是针对圆形腔体内难以产生相对均匀且可控的微波场的难题，突破现有思维局限，基于大量的有限元仿真设计了一种复合材料微波加热加压成型装置。

本发明的技术方案是：

一种复合材料微波加热加压成型装置，它包括圆柱形耐压微波腔体1，其特征在于：圆柱形耐压微波腔体1上焊接有多个供微波进入的微波压力耦合馈口19，位于圆柱形耐压微波腔体1中的裂缝天线10与微波压力耦合馈口相连将磁控管4产生的微波9引入圆柱形耐压微波腔体1内将微波能量均匀的辐射至微波腔体内，对封装在真空袋内的复合材料进行微波加热固化成型；所述的圆柱形耐压微波腔体1上设置有抽真空管路和进排气管路以便在微波加热过程中对复合材料进行抽真空压实和高压气体压实；圆柱形耐压微波腔体1的前端设置有罐门卡箍，微波压力密封罐门通过在罐门卡箍内旋转锁紧将微波能量和高压气体密封在圆形耐压微波腔体内。

微波压力耦合馈口19包括波导法兰2、透波承压块3和密封圈8，密封圈8和透波承压块3安装在波导法兰2中，波导法兰2焊接固定在圆柱形耐压微波腔体1上，波导法兰2位于圆柱形耐压微波腔体1外的一端与波导6相连，波导6通过波导接口5与磁控管4相连，波导法兰2位于圆柱形耐压微波腔体1内的一端与微波裂缝天线10相连，磁控管4产生的微波9经波导接口5进入波导6中并透过透波承压块3进入微波裂缝天线10中，进而对圆柱形耐压微波腔体1的复合材料进行微波加热。

所述的裂缝天线为直波导裂缝天线、圆环裂缝天线、母线裂缝天线或者它们的组合，在圆柱形耐压微波腔体1沿腔体轴向位置布置多组直波导裂缝天线组、圆环裂缝天线和母线裂缝天线。