碳纤维增强树脂基复合材料因为其优异性能在航空航天领域取得了越来越广泛的应用。传统热压罐成型技术存在工艺控制性差、固化时间长、能耗高等缺点。与热压罐成型方式相比,微波固化技术有工艺控制性好、加热速度快、能耗低等优点。然而微波固化技术存在多向铺层碳纤维增强树脂基复合材料难以有效加热和面内温度分布不均匀的问题。结合国家自然科学基金和航空企业的重大需求,本文针对这些问题进行了深入研究。研究成果如下:(1)针对多向铺层碳纤维增强树脂基复合材料在微波场中难以有效加热的问题,提出了微波间接加热固化的方法。采用吸波性能良好的短切碳纤维增强树脂基复合材料作为吸波介质,将微波能转化为热能用于加热固化复合材料构件。在此基础上设计了微波间接加热吸波模具,重点对短切碳纤维增强树脂基复合材料吸波层的性能进行了优化。此外,针对薄壁类和大厚度复合材料构件,采用有限元仿真和实验相结合的方法设计了微波间接加热固化工艺曲线。(2)针对微波加热过程中面内温度分布不均匀的问题,提出了基于时变电磁场的微波加热温度均匀性调节方法。微波加热过程中,通过控制多路微波源的开关状态和组合方式,在腔体中形成不断变化的电磁场,利用不同电磁场谐振状态对应的加热模式间存在的补偿效应提高被加热材料的面内温度均匀性。多次实验结果表明:腔体中的时变电磁场能有效改善微波加热过程中的温度均匀性,与静态电磁场相比,被加热材料面内温度均匀性提高了39.9%;与现有的旋转托盘调节方法相比,被加热材料面内温度均匀性提高了24.7%。(3)对多向铺层碳纤维增强树脂基复合材料微波间接加热方法进行了实验验证。实现了复合材料构件的有效固化。实验结果表明:对于薄壁类复合材料构件(厚度2mm),与传统电加热工艺相比,微波间接加热工艺的能耗降低72.9%,固化周期缩短42.1%,复合材料构件拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和层间剪切强度与电加热工艺基本一致。对于大厚度(厚度20mm)复合材料构件,与电加热方法相比,微波间接加热方法具有良好的工艺控制性和跟随性;与传统固化工艺相比,优化后的新工艺有效控制了固化反应放热,避免了热冲击对复合材料构件质量的损伤,层间剪切强度提高了1.38倍。