【摘 要】
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连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(CFCC-SiC)具有高比强、耐高温、抗氧化和低密度等特点,深受各领域青睐,已经在航空航天等领域得到了广泛的应用。目前国内已独立掌握制作大
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连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(CFCC-SiC)具有高比强、耐高温、抗氧化和低密度等特点,深受各领域青睐,已经在航空航天等领域得到了广泛的应用。目前国内已独立掌握制作大型薄壁复杂构件的CVI法制备CFCC-SiC的技术。但由于其制备过程的过程复杂,周期长的特点,造成材料产生各向异性、材料密度孔隙分布不均匀等特点,成为了解其内部质量的难点。本文以CFCC-SiC为研究对象,针对其超声检测难点,先从材料声学特性方面入手,提取在时域及频域中可表征材料特性相关参量,对其不均匀性进行表征。再对含有分层缺陷试块进行无损检测研究。初步实现对材料内部质量的表征:首先针对材料衰减大,无二次回波的特点,改进材料声学参量测量方法,采用穿透法对声速及声衰减进行测量,用于表征材料不均匀性,对两种声学参量表征结果进行比较,再与金相法结果进行验证。其次,分析CFCC-SiC对超声信号波形的影响,在频域内分析频谱特性,试图从中提取出材料孔隙含量信息,利用频域分布规律,用非线性声学进行均匀性表征。最后,针对含有Φ3mm—Φ20mm石墨分层缺陷的CFCC-SiC试块,采用超声、射线等无损检测方法对其内部缺陷进行检测,并比较各检测方法的可靠性和准确性。研究结果表明:改进后的声学参量测量方法可以准确测量材料声速及声衰减。验证发现,两种声学参量均可准确评价CFCC-SiC材料内部均匀性。其中,声速表征的材料与声衰减表征的均匀性结果一致,且衰减表征均匀性的方法可操作性更强且准确度较高;材料对频域信号的影响比较显著,其中,孔隙含量越大,其中心频率越低,频带越窄。1/2阶非线性系数可以表征材料的孔隙分布情况。进一步发现非线性超声方法试块各部分差异大,能更加有效应用于材料孔隙含量测量及均匀性表征;同时,材料的Φ3mm—Φ20mm人工石墨分层缺陷能通过无损检测方法体现。穿透法能有效检出大小缺陷,但无法有效应用于实际操作,射线检测方法能有效检出缺陷形状和大小,但操作复杂,应用于实际中存在一定困难。超声检测方法最适合于实际检测,但由于石墨与材料本身声阻抗较接近,导致超声反射法无法有效检测出缺陷,需进一步优化其实验参数。
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