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Plasma etching behaviour of carbon fibre reinforced plastics and optical fibres

 
: Pinyana i Puigdollers, Marcel
: Spies, Martin; Weisser, Alexander

:
Volltext urn:nbn:de:0011-n-4875324 (5.6 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 25048add0d95203106554e154a54ccb5
Erstellt am: 23.3.2018


Saarbrücken, 2008, 150 S.
Saarbrücken, Univ., Dipl.-Arb., 2008
Englisch
Diplomarbeit, Elektronische Publikation
Fraunhofer IZFP ()
structural health monitoring; Bragg

Abstract
Im modernen Flugzeugbau werden zunehmend Verbundwerkstoffe wie Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) in primären Strukturen verwendet. Um die Integrität dieser Strukturen zu überwachen, werden u. a. optische Fasern mit eingebrachten Bragggittersensoren zur Dehnungsmessung eingebettet. Eine der großen Herausforderungen hierbei ist die Reparatur derartiger Strukturen und Sensoren ohne einen Empfindlichkeitsverlust, sowie die Sicherstellung der strukturellen Integrität der Reparaturstelle. Ein neuartiges Reparaturverfahren zur Reparatur eingebetteter Faseroptiken wird in dieser Arbeit vorgestellt. Nach dieser Methode, sollen die optischen Fasern mittels eines selektiven Ätzverfahrens freigelegt werden. In dieser Arbeit, wird die Möglichkeit der Anwendung des Plasmaätzens zur Realisierung des o.g. Reparaturverfahrens untersucht. In diesem Zusammenhang wurden Versuche mit CFK-Proben und optischen Fasern mit unterschiedlichen Beschichtungen (ORMORCER und Polyimid) durchgeführt. Im Rahmen der Versuche, wurden zwei Typen von Plasmaanlagen (Mikrowellen- und Radiofrequenzgenerator) und drei Ätzmedien (O2, O2 + CF4, and O2 + NF3) evaluiert. In dieser Arbeit, wurden CFK-Ätzraten unter verschiedenen Parametern ermittelt und verglichen. Hierbei wurde die Machbarkeit der Abtragung der Matrix und somit des Freilegens von eingebetteten Faseroptiken mittels Plasmaätzen nachgewiesen. Weiterhin wurde gezeigt, dass die beiden untersuchten Fasertypen für optische Fasern durch die Behandlung mittels Plasmaätzen in ihrer Funktion nicht beinträchtigt werden.

 

The use of composite materials as carbon fibre reinforced plastics (CFRP) in primary structures is increasing in the aircraft manufacturing industry. In order to allow Health and Usage Monitoring in such structures optical fibres with Bragg gratings is embedded for strain monitoring. A big challenge is both the repair of those structures and sensors without a loss of the sensitivity and the monitoring of the structural integrity of the repair itself. A novel method to repair embedded optical fibres is proposed. Within this method, the embedded optical fibre has to be uncovered by means of a selective etching mechanism in order to proceed with the repair. The use of plasma etching to lay open the optical fibres is studied in this work. Therefore, plasma treatments are undertaken with CFRP samples and optical fibre exemplars coated with polyimide and ORMOCER. Within the experiments, two plasma devices (microwave and radio frequency generators) and three different media (O2, O2 + CF4, and O2 + NF3) are tested. It is observed that plasma etching enables the removal of the matrix material. Hence, it is demonstrated that the uncovering of embedded fibres is possible by means of plasma etching. In this work, CFRP etch rates under the different conditions and parameters are established and compared. The results regarding the plasma etching behaviour of the optical fibres tested suggest that both type of fibres would withstand the use of this technique, since only the coating is damaged and the core of the fibre remains unaffected.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-487532.html