纤维增韧陶瓷基复合材料声学特性及检测方法研究

发布时间：2017-08-12 21:13

  本文关键词：纤维增韧陶瓷基复合材料声学特性及检测方法研究

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【摘要】：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。
【关键词】：陶瓷基复合材料 声学参量 均匀性 频域特征 超声检测
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 选题依据9-11
• 1.1.1 陶瓷基复合材料概述9
• 1.1.2 CFCC-SiC成型工艺9-11
• 1.1.3 陶瓷基复合材料的典型应用11
• 1.2 CFCC-SiC缺陷类型及检测方法11-15
• 1.2.1 CFCC-SiC常见缺陷11-13
• 1.2.2 均匀性评价材料微观缺陷13
• 1.2.3 陶瓷基复合材料缺陷检测方法13-15
• 1.3 研究目标及内容15-17
• 1.3.1 研究目标15
• 1.3.2 研究内容15-17
• 第2章 CFCC-SiC声学参量测试方法研究17-28
• 2.1 CFCC-SiC声学特性17-21
• 2.1.1 CFCC-SiC声学各向异性17-19
• 2.1.2 CFCC-SiC不均匀性19
• 2.1.3 CFCC-SiC衰减特性19-21
• 2.2 声学参量系统改进21-27
• 2.2.1 声速测量方法改进21-24
• 2.2.2 声衰减测量方法改进24-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 CFCC-SiC声学参量表征材料特性28-46
• 3.1 CFCC-SiC声速评价材料均匀性28-35
• 3.1.1 CFCC-SiC声速评价材料均匀性理论基础28-30
• 3.1.2 声速表征材料密度均匀性30-34
• 3.1.3 声速表征材料密度均匀性准确性验证34-35
• 3.2 CFCC-SiC声衰减评价材料均匀性35-40
• 3.2.1 CFCC-SiC声衰减评价材料均匀性理论基础35-37
• 3.2.2 声衰减表征材料密度均匀性37-40
• 3.3 金相显微照相法验证40-45
• 3.3.1 金相显微试样制备40-41
• 3.3.2 金相显微镜观察41-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 CFCC-SiC超声信号频域特性分析46-59
• 4.1 CFCC-SiC超声频域分析基本原理与方法46-48
• 4.1.1 基于离散傅里叶变换的谱分析46-48
• 4.1.2 CFCC-SiC频域分析理论基础48
• 4.2 CFCC-SiC超声频谱分析48-50
• 4.3 非线性超声基本理论50-53
• 4.3.1 接触非线性基本理论51
• 4.3.2 谐波产生基本理论51-52
• 4.3.3 分谐波基本原理52-53
• 4.4 RAM5000SNAP非线性超声测试系统53-55
• 4.5 SNAP非线性超声测试系统测量结果55-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第5章 CFCC-SiC缺陷检测59-73
• 5.1 CFCC-SiC缺陷超声检测方法研究59-64
• 5.1.1 基于脉冲反射法F扫水浸系统自动扫描59-61
• 5.1.2 穿透法基本理论61-62
• 5.1.3 基于穿透法F扫水浸系统自动扫描结果62-64
• 5.2 CFCC-SiC缺陷CR射线检测方法研究64-66
• 5.2.1 CR射线检测基本理论65
• 5.2.2 CR射线检测结果65-66
• 5.3 CFCC-SiC缺陷空气耦合检测技术66-68
• 5.3.1 空气耦合检测技术基本理论66-67
• 5.3.2 空气耦合检测技术结果67-68
• 5.4 CFCC-SiC缺陷扫描电镜68-71
• 5.4.1 扫描电子显微镜基本理论68
• 5.4.2 扫描电子显微镜检测结果68-71
• 5.5 本章小结71-73
• 第6章 总结与展望73-76
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-76
• 参考文献76-80
• 发表论文和参加科研情况说明80-81
• 致谢81-82

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本文编号：663644