[发明专利]一种基于等离子体刻蚀技术的碳纤维径向结构与性能的研究方法

摘要

一种基于等离子体刻蚀技术的碳纤维径向结构与性能的研究方法，本发明涉及碳纤维结构和性能测试技术领域，具体是涉及一种基于等离子体刻蚀技术的碳纤维径向结构与性能的研究方法。碳纤维单丝通过等离子体蚀刻逐层剥离，并且刻蚀处理后的电阻和力学性能分别通过万用表和单丝拉伸试验机测量。该方法成功的在蚀刻期间将单丝的半径变化控制到纳米级的精度。从而保证了相应的结构和力学性能分布测量的精度。此研究方法操作简便，测试精度高，广泛适用于碳纤维单丝结构及其各种物理、力学性能分步的研究。

主权项

1.一种基于等离子体刻蚀技术的碳纤维径向结构与性能的研究方法，其特征在于基于等离子体刻蚀技术的碳纤维径向结构与性能的研究方法是按以下步骤进行：一、从丝束中分离出碳纤维单丝，将单根碳纤维单丝横跨在设置有U形槽的玻璃板的U形槽口上，并采用导电银胶粘剂将铜箔电极粘接在碳纤维单丝的两端，得到载有测电阻用碳纤维样品的玻璃板；二、将载有测电阻用碳纤维样品的玻璃板放入等离子体刻蚀机的腔体中在固定的刻蚀频率下进行等离子体蚀刻，在等离子体蚀刻期间，反应器中气体氛围为具有一定压力的干燥气体；三、当刻蚀到第1次设计的蚀刻时间后，停止刻蚀并采用万用表测量碳纤维单丝的电阻，然后继续蚀刻；所述设计的蚀刻时间：①从丝束中分离出碳纤维单丝，将单根碳纤维单丝横跨在设置有U形槽的玻璃板的U形槽口上，将载有单根碳纤维样品的玻璃板放入等离子体刻蚀机的腔体中在固定的刻蚀频率下进行等离子体蚀刻直至单根碳纤维单丝断裂，从开始刻蚀至单根碳纤维单丝断裂所用时间为刻蚀时间t₁，②重复步骤①2次，分别得到刻蚀时间t₂和刻蚀时间t₃，③对3次刻蚀时间取平均值得到单次刻蚀时间，按若干根碳纤维单丝均分成N组将单次刻蚀时间均分为n段，保证所述单次刻蚀时间均分为n段中n与按若干根碳纤维单丝均分成N组中N数值相同，每段的刻蚀时间即为设计的蚀刻时间；四、重复步骤三至刻蚀到第N‑1次设计的蚀刻时间后，停止刻蚀并采用万用表继续测量碳纤维单丝的电阻，此时碳纤维单丝未完全断裂，继续蚀刻至到第N次设计的蚀刻时间时，停止刻蚀并采用万用表继续测量碳纤维单丝的电阻，此时碳纤维单丝完全断裂，结束等离子体蚀刻；五、将若干根步骤一中分离出的碳纤维单丝平行横跨在设置有U形槽的玻璃板的U形槽口上，并采用导电银胶粘剂将铜箔电极粘接在碳纤维单丝的两端，得到载有碳纤维样品的玻璃板；将若干根碳纤维单丝均分成N组；所述N为按照固定的刻蚀频率和步骤七中所述设定时间分次进行刻蚀直至碳纤维单丝断裂所通过的刻蚀的次数；六、将载有碳纤维样品的玻璃板放入等离子体刻蚀机的腔体中在固定的刻蚀频率下进行等离子体蚀刻，在等离子体蚀刻期间，反应器中气体氛围为具有一定压力的干燥气体；七、当刻蚀到第1次设定时间后，停止刻蚀并取出第1组碳纤维单丝，然后继续蚀刻；八、重复步骤七至刻蚀到第N‑1次设定时间后，停止刻蚀并取出第N‑1组碳纤维单丝，此时第N‑1组碳纤维单丝未完全断裂，继续蚀刻至到第N次设定时间时，停止刻蚀并取出第N组碳纤维单丝，此时第N组碳纤维单丝完全断裂，结束等离子体蚀刻；九、通过显微镜观测每次蚀刻后收集的碳纤维单丝的表面形态和直径；通过纳米拉伸测试仪测量每次蚀刻后收集的碳纤维单丝的力学性能。