纤维增韧陶瓷基复合材料声学特性及检测方法研究
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。
纤维增韧陶瓷基复合材料;声学特性;均匀性;超声检测
南昌航空大学
硕士
测试计量技术及仪器
陆铭慧
2016
中文
TB332
82
2017-02-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）