[发明专利]纤维增韧陶瓷基复合材料均匀性评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波评价方法，具体涉及一种超声波评价复合材料均匀性方法。

背景技术

陶瓷材料具有高比强度、高比模量、耐高温等优良特性，在很多领域里都有着广阔的应用前景，从航空推进技术的发展历程来看，发动机关键部件的结构及材料使用趋向于整体化、轻质化。但这种材料同时也具有强脆性，从而制约了其应用，往其中复合纤维而成为纤维增强复合材料,可以增加其韧性。陶瓷基复合材料在航空、航天、国防等众多领域有着巨大的应用价值。针对我国在CFCC的无损检测研究中存在的方法少和检测能力受限等问题，开展对CFCC的超声检测方法研究是非常必要的。如何找到一种合适的，满足要求的无损检测方法，具有重要意义。目前，国内外主要采用红外和X射线的方法进行检测，红外热波法能够获得一些材料特征，但检测深度不足；X射线法具有明显优势，但X射线检测存在沿射线方向累加效应，使得该方法无法检测到盲孔缺陷沿深度方向的分布。无损检测的另一重要方法——超声检测，在陶瓷基复合材料领域的研究应用较少。通过分析声学特征参量——声速、声衰减及非线性与材料特性的关系来评估材料质量，并进行声速、衰减、非线性系数测量及成像，实现材料均匀性的超声评价。

发明内容

本发明解决复合材料不均匀性超声评价的问题，提出用材料声学特性来评价材料均匀性，该方法既容易达到，又能准确反映材料内部均匀性。

本发明是这样来实现的，纤维增韧陶瓷基复合材料均匀性评价方法，其特征在于方法步骤如下：

（1）将待检材料划分成小方格，使用一发一收穿透法测量每一个方格点的声速，检测过程为：脉冲发生器向换能器发射超声波信号，经耦合剂进入待检材料中，超声波到达材料底面后被接收换能器接收，接收信号在示波器上进行显示，读取接收信号信息，计算出材料声速。记录每一点的声速后，使用matlab插值法对数据进行处理，将各点声速进行成像，用声速的分布图反映材料均匀性；

（2）将待检材料放入水浸超声波检测系统，进行评价；评价过程为：将待检材料放入超声波检测系统，脉冲发生器向换能器发射超声波信号，经水介质进入待检材料中，超声波到达材料底面后被接收换能器接收，再经换能器的压电转换效应传回脉冲发生器，所有发射与接收信号均由脉冲发生器传给数字示波器进行显示与分析。利用软件对结果进行处理，用接收波幅值成像处理结果，闸门高度根据实际情况进行调整，使试块上各个部分的衰减都得以体现；

（3）将待检材料划分成小方格，使用RAM-5000-SNAP非线性超声测试系统测量材料的二阶、三阶非线性系数；评价过程为：由非线性超声测试系统产生脉冲周期，发射激励信号，依次经过衰减器，高能低通滤波器后，作用在所选用的铌酸锂镜片上，使其激发出大振幅超声波，通过耦合剂耦合后进入待检材料中，大振幅超声波与材料中的孔隙等微缺陷相互作用后，由宽带探头接收，经过高通滤波器滤波后回到RAM-5000-SNAP非线性超声测试系统进行信号处理和谐波分析。计算出二阶、三阶非线性系数后，再用matlab对其进行成像。

进一步的，所述声速测量方法：首先需要根据样品上各点测量得到的时域图，读出超声信号起跳点与一次回波之间的时间间隔t，又知声波在起跳点与一次回波之间穿过样品整个厚度D，故声速为:

(1)

进一步的，所述非线性系数测量方法：单一频率正弦超声波将与介质间产生非线性相互作用,从而产生高次谐波,可以用二阶非线性系数和三阶非线性系数表征材料的非线性效应，定义为:

(2)

(3)

其中k=/c为波数,为角频率,为波速,,和分别为基波，二次谐波幅值和三次谐波幅值，为波传播的距离。

进一步的，所述步骤（1）中的超声波检测系统，主要包括脉冲发生器、换能器、数字示波器；其特征在于：脉冲发生器分别连接数字示波器和两个换能器。

进一步的，所述小方格，其尺寸根据换能器尺寸进行调整。

进一步的，所述穿透法，是一种一发一收的超声检测方法。穿透法中，声波能量只穿透工件一次便被探头接收，接收信息中包含了试块内部情况，对于这种高衰减材料，在检测过程中减少了衰减，使声速和幅值的测量更加准确，波形也更加清晰便于测量。