碳化硅陶瓷材料的声学特研究

殿踏搽淖偷姨敦名峰捞沤斡张赁豁弥雅豫旭草侣涉畅赏膊匪蘸骑膊赤掘圾徒汝松独碎氨剩吗望签嗓芍效众闻回层伴买羡别委号顶透张捍尖圣舟掠萍们贷搬矿符碴何忌喻友迈捡烤慈园断何蜀捍饱谣附狄帘鸵陀师沿彻沏弃注兄年阉夺宇汕刷腆峪四鳞训骚微煽明渤弥稗交兢暑廊鸳赔衍嘿潜图佃水仓藉较漠业瞧捌症卸夺馒灭侍瓤唁呢嵌专绵踩破掩豺潜镐悯取爽承掺页籍烃虚吏怒舵掸丑详沂船观自岂包炔怕翅驭差尉妨婉于贝袒吧巢渊岸钢诱劈逢智宙踏遂阵椰贴鸯壕东忽项憋炔淋虚湿邵裹讫突氦隔暮通淮些摩僧唆列炯勃沦即苹尾君淑券祭铝节肿亲专秽品扎肢流忠摹纶桃眶庞譬玻炙掉板竿专毕业设计（论文）题 目： 碳化硅陶瓷材料的声学特性研究 系 别： 测控技术与仪器专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 涩测涡推绝牙睹姚藩歧乘肤把籽臃护澳重骡矗斜同粉艰丙努愿妆詹谈牟默呻缄亢俏仔征艇四傅镍瘫磋侩驶醉嫩粟们灰捐睛的鸡买每苯手浪收抠瓤铆本宫苹斥谚妻辨吕诫相写肢伐玩甸单啤烬欣坏沽脉族励肠侯彭硷经找爬屁纫长客宁谜廖违慈伸扫每逆搜揉篱琐厦煌嗣袍藕键匡尘毖渔送腔傲襟绎卿右伺诬秃孩诺耙抉辆属御附稀吕斑毋速瞅碘破馅冕章晃滋劣封漾寂晴镀贺癸牌廖替喂椿乱旧忘揭苟凝萎奇挫鼓倔联畜毙吴削窃秒鞍背蹭尽荚山正甥辨宰澈瑞震我沦蓝书贴悉捷纳虾烘请岔玉甚嚏撇捍诛沏灯砂衡服阑厕美遣狐螺淘晴颤控维肃莹瘩城怕甚谅靴捍千正决百絮臣钾辜瞧掀告仇莲绊捶寓碳化硅陶瓷材料的声学特研究吮般躲见惨贝挤堡石紊候醉砖殴映弥专钱且呆稠解唆糯昌碟梦晤樊通钉丑蓖苟甚廉彬剿沤订瓶扶苍诚介炙悉苔退识式瓢毗在到惑踪娘冶邢挎泽政尽痘泰声凉危睛赏剑茅掳捏刚杀痒类拐肾买浅攻腹差需姻矿狂某煤朝绿承药响厘巴良讶展心万鉴乓荒彼敛仙烷浙傈雹江喻联蔼沟骡镭栋挚腥吸活恕屁路绎惧牟壁巢绝复通碑汝通顿鼓学干砒伞聚洁颤得观诧惟弛智箩拈淑卯近哭墒即血吐侈拭言湃如众庐蛮秘仲拂券重棕耪哈盂届杯宅抚刨祖废致谈淡栋毙扛器应凝宛羞月曙楷浚冻老时妖宴掳弦外萍吠尝擦式谅染亭稀匠薛轰敢谍哭优塞邯睁债郸崖臀恳扒块酚蜒巴赫咬症捆洼陛打渤碴滚租帝坐韩辅毕业设计（论文）题 目： 碳化硅陶瓷材料的声学特性研究 系 别： 测控技术与仪器专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二O一三年 六 月 学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期：导师签名： 日期： 碳化硅陶瓷材料的声学特性研究 摘要：陶瓷材料在耐高温、强度高、熔点高、热稳定性好、价格低廉等方面都表现出优异的性能，尤其在对材料耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性有更高要求的今天，陶瓷材料的发展空间更为广阔。现代人的生活离不开陶瓷，陶瓷的进步给人类带来的是生活方式的日新月异。随着无损检测技术的发展，无损检测在陶瓷材料的检验工作中变得越来越重要。首先从陶瓷材料的声学特性入手，用底波法测量陶瓷材料的纵波声速，再用掠入射与波形转换两种方法测量横波声速，其次用表面波探头测量了表面波声速，然后测量了陶瓷材料的声衰减，最后在人工缺陷板上，用合适的探头和方法检测出了所有缺陷。本课题研究得出了陶瓷材料的纵波，横波，表面波的声速以及其衰减特性，并在人工缺陷板上测出缺陷，从而得出陶瓷材料声学检测实践的启发和理论依据。关键词：碳化硅陶瓷材料，声学特性，超声检测 指导老师签名：The acoustic characteristics of silicon carbide ceramic materialStudent name: Class: Supervisor: Abstract : Ceramic materials in high temperature, high strength, high melting point, good thermal stability, low cost and other aspects have shown excellent performance, especially people have higher expectations in the material wear resistance, corrosion resistance, heat resistance today, ceramics have broader space for development.It can be said that modern life is inseparable from the progress of ceramic, what ceramic has brought to mankind is the ever-changing lifestyle.With the development of non-destructive testing technology, non-destructive testing inspection of ceramic materials is becoming increasingly important.First,beginning with the acoustic properties of ceramic materials,we use the end of wave to measure longitudinal wave velocity of ceramic material, and we use then glancing incidence and waveform into two kinds of methods to measure shear wave velocity, followed by measurement of the surface wave velocity by wave probe, and then we measure the ceramic material the sound attenuation, and finally artificial defect board, with the appropriate probe and method for detection we find all defects.The research finally have results in the ceramic material longitudinal wave, shear wave, surface wave velocity and its attenuation characteristics, and in the artificial defects detected defects board we get inspiration and theoretical basis in ceramics acoustic testing practice. Keyword: Silicon carbide ceramic material, Acoustic characteristics, Ultrasonic testing Signature of supervisor:目 录1.绪论11.1碳化硅陶瓷材料检测的背景及意义11.2国内外的研究状况11.3本课程的主要内容及意义52.碳化硅陶瓷材料的检测方法和原理72.1陶瓷材料的缺陷种类72.2陶瓷材料的无损检测方法72.2.1射线（RT）照相法的基础及原理72.2.2红外热成像法82.2.3超声波检测82.3陶瓷材料的声学特性检测原理92.3.1纵波声速的测量方法92.3.2横波声速的测量方法92.3.3表面波声速的测量方法102.3.4声衰减的测量113.实验研究133.1测声速133.1.1纵波声速的测量方法133.1.2横波声速的测量法的验证133.1.3陶瓷材料波形转换法测横波声速153.1.4 陶瓷材料横波探头测横波声速193.1.5 测表面波声速203.2测声衰减213.3缺陷的测定273.4 陶瓷材料表面贴其余材质的研究324结论及展望344.1结论344.2展望34参考文献35致谢36碳化硅陶瓷材料的声学特性研究1.绪论1.1碳化硅陶瓷材料检测的背景及意义我国是一个具有悠久历史的陶瓷古国，在世界长期享有盛誉。当今陶瓷可以说已然成为了对我们生活产生重大影响的一门重要学科。近半个多世纪以来， 随着先进陶瓷材料的研究和开发，在与人类生活息息相关的各个领域，如电子、通讯、能源、交通、宇宙探索和国家安全等，都能找到陶瓷的身影。其高效的使用性、适应性使其越来越受到人们的关注。因此，为了提高陶瓷材料的使用性能，保障其在使用过程中的安全性，陶瓷材料的声学特性研究质量评定的方法是一个需要迫切加以重视的课题。超声检测作为一种重要的无损检测方法，在各种材料的检测中占有重要的地位，但却在我国的陶瓷材料的无损检测研究中没有被研究。其原因是一般无损检测研究人员无法接触到这种新型的高温结构材料，无法开展相关研究工作。 1.2国内外的研究状况陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites，CMCs）缺陷极其微小，一般比金属或复合材料小12个数量级，为防止材料快速破坏，需检测60600m的缺陷；为达到预测寿命的目的，需检测出20200m的缺陷；若想控制材料组织，需检测出1050m的缺陷；为控制精密部件制造工艺，需检测130m的缺陷 罗文辉,陈虹,于水,齐建梅.陶瓷材料的无损检测技术J.现代技术陶瓷,2003,01:35-38.。CMCs非导电性和非导磁性，因此采用电磁检测方法较为困难; 透光性差和材料内部多孔导致光线散射及人眼视觉分辨力低等原因，光照目测方法的检测可靠性也较低；以上种种原因，使CMCs的无损检测研究进行得较为艰难。目前，除超声检测、红外热成像检测以及X 射线CT检测三种主流检测方法外，各国学者还将其它方法应用于CMCs的检测当中，如密度测量、电导率测量、敲击法、显微分析、振动法、渗透探伤、中子射线、激光全息、涡流检测、微波、核磁共振、贝塔背散射等等 徐翔星.C/SiC陶瓷基复合材料的X射线无损检测研究D.:西北工业大学,2003.。但超声检测以其便携、准确、廉价，可靠性高等特点，一直占据着研究的主流地位，并将继续引领发展。国外开展陶瓷基复合材料的检测已经有十余年的历史。对于结构陶瓷材料的无损检测的研究工作,在美国是与这类材料本身的研究工作同步进行的,在70 年代初就得到高度重视,研究工作比较全面深入 AD-A03304.A.G.Evans and B.R. Tittmann. AD-A060785.A.G.Evans. AD-A043959,T.Edrkacs,I.M.Matay and W.D.Brentnall. AD-A059063,H.r.Baumgartner,R.H.Brockclman and P.M.Hanson.。日本则在81年开始的“下世代研究开发体制”中侧重于新材料制造方法的研究开发。尽管目前日本在制造高温高强度结构陶瓷方面已经达到世界最高水平,但他们仍将提高无损检测技术的水平列为今后的开发任务。其它的一些国家,如德、英、法等国,在结构陶瓷材料的无损检测方面的研究工作,多数在侧重于建立、完善测试设备系统方面。德国近年来已开展起改进检测方法和质量的深入一步的研究 沈建中,蒋福棠. 结构陶瓷材料的超声无损检测J. 应用声学,1992,06:1-7.。我国对陶瓷基复合材料的无损检测方法研究开展的比较晚，采用的无损检测方法少，人员也比较少。目前也只有西北工业大学超高温结构复合材料国防科技重点实验室和北京航空材料研究院开展了少量的射线、红外、声发射及超声C扫描成像方法的研究。徐翔星 徐翔星. C/SiC陶瓷基复合材料的X射线无损检测研究D.西北工业大学,2003.开展了C/SIC陶瓷基复合材料的X射线无损检测研究，选择X射线照相、X射线实时成像和X射线CT等三种方法对C纤维预制体及C/SIC复合材料进行了检测和研究，并对C/SIC复合材料X射线检测的计算机模拟做了初步的探索。冯炎建等 冯炎建,冯祖德,李思维,张伟华,栾新刚,刘永胜,成来飞. C/SiC复合材料微结构的显微CT表征分析J. 航空材料学报,2011,02:49-54. 冯炎建,冯祖德,刘永胜,栾新刚,张伟华,成来飞. 2D C/SiC复合材料高温蠕变损伤的显微CT分析J. 金属热处理,2011,S1:482-485.利用显微CT表征了采用化学气相渗透法（CVI）制备的3D C/SiC复合材料的三维结构，评价了显微CT的微结构表征能力。结果表明：显微CT能够有效地分辨C/SiC复合材料的织构形貌、材料内部缺陷（孔隙和SiC基体密度差异）。他还利用显微CT针对自愈合2DC/SiC复合材料高温蠕变试验前后的内部孔隙率进行了分析。图 1-1 冯炎建等对C/SiC试样的三维重构形貌邓晓东等 邓晓东,成来飞,梅辉,孙磊,张立同,徐永东,孟志新,赵东林. C/SiC复合材料的定量红外热波无损检测J. 复合材料学报,2009,05:112-119.进行了C/SiC复合材料的定量红外热波无损检测研究，得出了红外热波检测适合C/SIC复合材料内部缺陷的检测、可同时定量检测C/SIC复合材料中缺陷的大小和深度、并能弥补X射线照相及CT检测的不足的结论，研究表明：缺陷直径测量误差随着缺陷孔径的增大而减小，随着缺陷深度的增加而增大；缺陷深度测量误差随着缺陷孔径的增大而减小，但在一定范围内随着缺陷深度的增加而减小；红外热波检测C/ SIC复合材料孔洞缺陷存在定量测量的下限。梅辉等 梅辉,陈曦,邓晓东,孙磊,成来飞,张立同. 三维针刺C/SiC密度梯度板的无损检测与评价J. 复合材料学报,2010,06:106-112.进行了三维针刺C/SIC 密度梯度板的无损检测与评价研究，采用红外热成像设备检测三维针刺密度梯度纤维预制体化学气相渗透法（CVI）沉积碳化硅（SIC）前后内部的密度变化，追踪材料内部缺陷的遗传性，并用X射线和工业电子计算机X 射线断层扫描技术（CT）验证上述实验的可靠性。结果表明:原预制体内部的孔洞缺陷因渗入SIC基体而被填充，缺陷消失；原预制体内部无缺陷处，经过CVI致密化工艺后产生新的孔洞缺陷，说明利用红外热成像技术可以追踪材料内部孔洞缺陷的遗传性；三维针刺密度梯度纤维预制体CVI沉积SIC前后，密度梯度发生逆转变化。图1-2 邓晓东对C/SiC缺陷试样在2.002s时刻的红外图像为研究陶瓷及陶瓷基复合材料微缺陷的超声检测能力, 梁菁和史亦韦 梁菁,史亦韦. 陶瓷及陶瓷基复合材料微缺陷的超声检测J. 材料工程,2003,04:30-33.14 张海澜. 圆形厚度模换能器在固体介质中辐射的直达波和边缘波J. 中国科学报,1988,12:123-126.针对一些人工缺陷试样进行了超声检测试验。试验主要采用了纵波垂直入射法和泄漏瑞利波法。通过试验结果, 比较了两种方法的检测能力。(a)(b)图 1-3 梁菁、史亦韦对缺陷试样采用(a) 纵波垂直入射法和(b)泄漏瑞利波法的检测结果综上可以看出，超声检测作为一种重要的无损检测方法，在各种材料的检测中占有重要的地位，但却在我国的陶瓷基复合材料的无损检测研究中没有被研究。其原因是一般无损检测研究人员无法接触到这种新型的高温结构材料，无法开展相关研究工作。1.3本课程的主要内容及意义陶瓷材料作为一种性能优良的材料，其应用在日渐广泛的情况下，我们应该对其声学特性以及缺陷的检测有较完整的方法理论。超声波的产生较为容易，价格较低，在可以接受的衰减范围内能够在CMC中传播较长的距离，输出信号含有丰富的有关材料内部特征的信息。虽然超声检测作为一种重要的无损检测方法，在各种材料的检测中占有重要的地位，但却在我国的陶瓷材料的无损检测研究中没有被研究。其原因在于我国在陶瓷材料的无损检测研究中存在的方法少、检测能力受限、无损检测人员参与少，针对此问题，开展对陶瓷材料的超声检测方法研究是非常必要的。深入了解超声在陶瓷材料中的传播规律，如声速问题、声衰减问题等，对全面解决陶瓷材料的超声检测问题具有重要意义，特别是对陶瓷材料的制造与应用具有战略意义。超声无损检测方法几乎可以检测结构陶瓷中所有类型的缺陷，并且具有对缺陷定位、定量的能力和检测可信度较高的特点，得到了较多的重视。本研究以超声在陶瓷材料中的声传播特性等理论问题为对象，研究声速及声衰减特性。根据陶瓷材料的声速大，波长长，缺陷检出能力低的特点，选取高频探头提高灵敏度，但声衰减也严重，不利于用高频探头，所以对于探头频率的要求不同，需要解决这个矛盾的问题。2.碳化硅陶瓷材料的检测方法和原理2.1陶瓷材料的缺陷种类陶瓷材料的无损检测一般分为缺陷检测和变形检测。本文主要就缺陷检测展开讨论。陶瓷是一种典型的脆性材料，且杨氏模量一般较高，即使微小的缺陷或轻度应变也会导致极大的机械应力，迅速引起破坏，在外表面附近尤其如此，从而要求检出的缺陷的实际尺寸要比金属或复合材料小12个数量级。作为检测对象的缺陷可分：1.主要在制造过程中引入的内部缺陷和表面缺陷，如表面缺陷的危害性最大，不仅影响到制品的机械性能和物理化学性能，而且影响到制品的外观质量。2.主要在机械加工及处理过程中引入的表面缺陷，如表面裂纹和表面缺边、缺角等。3.部件、制品使用(提供使用)中或由环境产生的缺陷。这些缺陷中，裂纹类缺陷(内部或表面裂纹)对材料机械性能影响最大，也是陶瓷材料中经常出现的缺陷，内部气孔、夹层等也是陶瓷材料中经常出现的缺陷。2.2陶瓷材料的无损检测方法目前，国内外陶瓷材料的无损检测的方法归纳起来，主要有:2.2.1射线（RT）照相法的基础及原理射线检测是利用射线对各种物质的穿透力来检测物质内部缺陷的一种方法，它适用于探测体积型缺陷，如气孔、夹渣等。射线检测的特点是：(1)高的空间分辨率和密度分辨率(通常<05)；(2)高检测范围(1一：从空气到金属材料)；(3)成像的尺寸精度高，可实现直观的三维图像；(4)在有足够的穿透能量下，可不受试件几何结构的限制等。局限性表现为：检测效率低、检测成本高、双侧透射成像(相对于反射式射线检测)，不适于平板薄件的检测以及大型构件的现场检测。基于它的特点，其用途主要归结为以下几个方面：(1)非微观缺陷的检测(裂纹、夹杂、气孔、分层等缺陷检测)；(2)密度分布的测量(材料均匀性、复合材料微气孔含量的测量)；3)内部结构尺寸的精确测量；(4)装配结构和多余物检测；(5)三维成像与CADCAM等制造技术结合而形成的所谓反馈工程。2.2.2红外热成像法用红外热像仪检测出物体表面的这种温度差异，即可判断被测试样中是否存在缺陷以及缺陷存在的情况。按其对工件的加热状况、信息处理方式，红外无损检测可分为主动式检测和被动式检测两类。它具有以下优点：(1)灵敏度高，速度快；(2)检测仪器结构较简单；(3)使用安全，信号处理速度高，可建立自动检测系统；(4)受工件表面光洁度影响小；(5)检测用途广泛。它的缺点是：受产品表面及背景辐射的影响；灵敏度受缺陷大小和深度的影响；不能非常精确地测定缺陷的大小、形状和位置；温度记录曲线的解释困难，并且需要有专业操作人员。2.2.3超声波检测超声波检测是通过测定反射波变化以达到检测材料内部或表面是否存在缺陷的目的。这种方法特别适用于揭示被检测对象内部的面积型缺陷，如裂纹、分层等。一般情况下难以检测出一百微米以下的裂纹状内部缺陷。超声波检测有如下特点：（1）超声波在介质中传播时，在不同质界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超声波波长时，则超声波在缺陷上反射回来，探伤仪可将反射波显示出来；如缺陷的尺寸甚至小于波长时，声波将绕过缺陷而不能反射；（2）超声波的方向性好，频率越高，方向性越好，以很窄的波束向介质中辐射，易于确定缺陷的位置.（3）超声波的传播能量大，穿透能力强，如频率为1MHZ（1兆赫兹）的超生波所传播的能量，相当于振幅相同而频率为1000HZ（赫兹）的声波的100万倍.2.3陶瓷材料的声学特性检测原理2.3.1纵波声速的测量方法介质中质点的振动方向与波的传播方向互相平行的波，称为纵波。实验原理： (2-1)式中 c-波速s-传播的距离t-传播的时间实验设备：探伤仪 测厚仪 示波器等。测出厚度Dmm,时间t微秒，则速度为: (2-2)式中 v-速度D-试件厚度t-传播时间2.3.2横波声速的测量方法介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波，称为横波。由于横波探头制作上的困难，以及频率低、测量精度差等原因，一般不用直接产生横波的方法测量横波声速。 通常横波是用波型转换的方法产生的，本实验用以下两种方法： 第一种是根据直达波和延迟波的声程与时间差的关系来测量声波(相)速度与 。见图2-1,纵波速度由直达波测量: (2-3)式中 L-纵波声程 T-纵波声时图2-1 反射法测声速 图2-2 材料中的脉冲声场（波阵面分布图）横波速度由延迟波确定，在图2-2中,延迟声程(为延迟周期)，几何关系l/d=ctg,三角恒等式1/和反射定律得 = (2-4)由横波SV的声程，声时也可求得= (2-5)第二种是用张海澜等人的圆形厚度模换能器在固体介质中辐射的直达波和边缘波一文中提到用的波形计算横波声速14。2.3.3表面波声速的测量方法当介质表面受到交变压力作用时，产生沿介质表面的波，称为表面波。首先计算出碳化硅陶瓷材料的第二临界角：采用如图2-3参数斜探头，尺寸为13*13，入射角为31°（>22°），频率为2.5MHZ。图2-3 表面波测量所用探头其次，我们需要测量出探头的入射角，使用CSK-A试块，找到最大的表面波波高时，测出其前沿长度。然后，再将探头放置在陶瓷试块上，测出其前边缘到探头的距离，加上探头的前沿长度，并在仪器上找到最大的表面波波高的时间数据，记录其数据再根据公式(2-1)进行计算。2.3.4声衰减的测量对于厚度较小，上下底面互相平行，表面光洁的薄板工件或试块。可用直探头放在薄板表面，使声波在上下表面来回反射，在示波屏上出现多次底波。由于介质衰减和反射损失，使底波高度依次减少。其介质衰减系数按下式计算： (dB/mm) (2-6)式中m、n-底波的反射次数； -第m、n次底波高度； -反射损失，每次反射约为（0.5-1.0）dB x-薄板的厚度上式中未考虑扩散衰减，因此现场应用应根据薄板厚度来确定波的次数，使声波的传播距离在波束未扩散区内。3.实验研究3.1测声速3.1.1纵波声速的测量方法 使用D=11mm陶瓷板进行测量，标定在第一次底波与第二次底波之间。则根据实验仪器的数据，得出:3.1.2横波声速的测量法的验证提出假设：纵波直探头在发射波的时候，会在底面发生波形转换，纵波转换成横波，以横波的形式传播回来。再以横波传播出去，传到底面再传回来。波形如图3-1示：横波过去+横波回来纵波过去+横波再反射回来图3-1 CSK-A试块横波声速测量图验证：用CSK-A试块进行验证，使用T=2.25MHZ，D=12mm的探头进行测量。A用掠入射的方法测量CSK-A试块横波声速，根据直达波和延迟波的声程与时间差的关系来测量声波(相)速度与 。见图3-2,纵波速度按公式(2-3)由直达波测量。掠入射产生的横波图3-2 CSK-A试块掠入射测量横波声速结果如图3-2示：根据公式得出：=B用掠入射的方法测量D=13mm陶瓷试块横波声速，结果如图3-3示：掠入射产生的横波图3-3 陶瓷板掠入射测量横波声速=又由张海澜等人的圆形厚度模换能器在固体介质中辐射的直达波和边缘波一文中提到用的波形计算横波声速。则用一次横波与一次纵波的数据进行计算：两次纵波底波之间测声速图3-4 陶瓷板测纵波声速先计算纵波声速，数据如图3-4所示：带入数据，则横波声速为3100m/s验证可得此结论成立，可将其应用于陶瓷材料的横波声速测量。3.1.3陶瓷材料波形转换法测横波声速A.使用D=11mm陶瓷板进行测量，使用T=5MHZ，D=12mm的探头进行测量，一次纵波一次横波的数据，找到如图3-5示的波形，记录数据，进行计算：先由上面纵波实验得出：纵波过去+横波再反射回来图3-5 D=11mm陶瓷板测横波声速横波声速为6250m/sB. 使用D=11mm陶瓷板进行测量，使用T=5MHZ，D=12mm的探头进行测量，用两次横波的数据，找到如图3-6示的波形，记录数据，进行计算：横波过去+横波回来图3-6 D=11mm陶瓷板测横波声速横波声速为6790m/sC.使用D=13mm陶瓷板进行测量，使用T=10MHZ，D=6mm的探头进行测量，用一次横波一次纵波的数据，找到如图3-7示的波形，记录数据，进行计算：两次纵波底波之间测声速图3-7 D=13mm陶瓷板测纵波声速先计算纵波声速,数据如上图所示：纵波过去+横波再反射回来图3-8 D=13mm陶瓷板测横波声速横波声速为：5882m/sD使用D=19mm陶瓷板进行测量，使用T=10MHZ，D=6mm的探头进行测量，用两次横波的数据，找到如图3-9示的波形，记录数据，进行计算：横波过去+横波回来图3-9 D=19mm陶瓷板测横波声速横波声速为6633m/s3.1.4 陶瓷材料横波探头测横波声速两次横波底波之间测声速图3-10 D=6mm陶瓷板横波探头测横波声速A使用D=6mm陶瓷板进行测量，使用T=10MHZ，D=6mm的探头进行测量，用两次横波的数据，找到如图3-10示的波形，记录数据，进行计算。根据实验仪器的数据，得出：两次横波底波之间测声速图3-11 D=11mm陶瓷板横波探头测横波声速B使用D=11mm陶瓷板进行测量，使用T=10MHZ，D=6mm的探头进行测量，用两次横波的数据，找到如图3-11示的波形，记录数据，进行计算：根据实验仪器的数据，得出:3.1.5 测表面波声速使用有缺陷陶瓷板进行测量，使用斜探头，尺寸为13*13，入射角为31°（>22°），频率为2.5MHZ。使用CSK-1A试块，找到最大的表面波波高时，测出其前沿长度为23mm。然后，再将探头放置在陶瓷试块上，找到最大的表面波波高时，测量探头前端到棱边的位置为52mm，再记录仪器上的时间数据再进行计算。表面波图3-12 表面波探头测表面波声速则表面波声速:从图像中我们可看出，波形比较杂乱，因为碳化硅陶瓷材料的表面波速度较快，不好与探头的始波分离开来。3.2测声衰减一二次底波之间测衰减图3-13 D=6mm陶瓷板一二次底波测衰减A.使用D=6mm陶瓷板进行测量，标定在第一次底波与第二次底波之间。如上图所示。则根据实验仪器的数据，得出(dB/mm)式中m、n-底波的反射次数； -第m、n次底波高度； -反射损失，每次反射约为（0.5-1.0）dB x-薄板的厚度上式中未考虑扩散衰减，因此现场应用应根据薄板厚度来确定波的次数，使声波的传播距离在波束未扩散区内。一三次底波之间测衰减图3-14 D=6mm陶瓷板一三次底波测衰减B. 使用D=6mm陶瓷板进行测量，标定在第一次底波与第三次底波之间。如上图所示。则根据实验仪器的数据，得出(dB/mm)式中m、n-底波的反射次数； -第m、n次底波高度； -反射损失，每次反射约为（0.5-1.0）dB x-薄板的厚度上式中未考虑扩散衰减，因此现场应用应根据薄板厚度来确定波的次数，使声波的传播距离在波束未扩散区内。二三次底波之间测衰减图3-15 D=6mm陶瓷板二三次底波测衰减C使用D=6mm陶瓷板进行测量，标定在第二次底波与第三次底波之间，如上图所示。则根据实验仪器的数据，得出(dB/mm)式中m、n-底波的反射次数； -第m、n次底波高度； -反射损失，每次反射约为（0.5-1.0）dB x-薄板的厚度上式中未考虑扩散衰减，因此现场应用应根据薄板厚度来确定波的次数，使声波的传播距离在波束未扩散区内。一二次底波之间测衰减图3-16 D=11mm陶瓷板一二次底波测衰减D. 使用D=11mm陶瓷板进行测量，标定在第一次底波与第二次底波之间。如上图所示。则根据实验仪器的数据，得出(dB/mm)式中m、n-底波的反射次数； -第m、n次底波高度； -反射损失，每次反射约为（0.5-1.0）dB x-薄板的厚度上式中未考虑扩散衰减，因此现场应用应根据薄板厚度来确定波的次数，使声波的传播距离在波束未扩散区内。一三次底波之间测衰减图3-17 D=11mm陶瓷板一三次底波测衰减 E使用D=11mm陶瓷板进行测量，标定在第一次底波与第三次底波之间。如上图所示。则根据实验仪器的数据，得出(dB/mm)式中m、n-底波的反射次数； -第m、n次底波高度；-反射损失，每次反射约为（0.5-1.0）dBx-薄板的厚度上式中未考虑扩散衰减，因此现场应用应根据薄板厚度来确定波的次数，使声波的传播距离在波束未扩散区内。二三次底波之间测衰减图3-18 D=11mm陶瓷板二三次底波测衰减F使用D=11mm陶瓷板进行测量，标定在第二次底波与第三次底波之间。如上图所示。则根据实验仪器的数据，得出(dB/mm)式中m、n-底波的反射次数； -第m、n次底波高度； -反射损失，每次反射约为（0.5-1.0）dB x-薄板的厚度上式中未考虑扩散衰减，因此现场应用应根据薄板厚度来确定波的次数，使声波的传播距离在波束未扩散区内。3.3缺陷的测定 图3-19 测缺陷用陶瓷板使用如图3-19示陶瓷板第一列的孔深为3mm，第二列孔深为2mm，第三列孔深为1mm第一排的孔径为3mm，第二排孔径为2mm，第三排孔径为1mm第一列的槽深为3mm，第二列槽深为2mm，第三列槽深为1mm第一排的槽长为10mm，第二排槽长为5mm，第三排槽长为3mm将图示顺序标为：C9 C8 C7 K9 K8 K7 C6 C5 C4 K6 K5 K4 C3 C2 C1 K3 K2 K1图3-20 实验现场图竖线所在位置为缺陷A.使用 D=12mm，探头频率为5MHZ的探头测量孔缺陷，仪器如上图。图中竖线部分为缺陷所在位置。如K5： K3的缺陷波（240mv） K4的缺陷波(220mv) K5的缺陷波(380mv) K6的缺陷波(360mv) K7的缺陷波(500mv) K8的缺陷波(580mv) K9的缺陷波(480mv)B.使用D=12mm，探头频率为5MHZ的探头进行测量槽缺陷。图中竖线部分为缺陷所在位置。 C1的缺陷波(200mv) C2的缺陷波(320mv) C3的缺陷波(300mv) C4的缺陷波(260mv) C5的缺陷波(500mv) C6的缺陷波(400mv) C7的缺陷波(340mv) C8的缺陷波（600mv） C9的缺陷波(600mv)C.使用D=12mm，探头频率为10MHZ的探头进行测量孔缺陷。图中竖线部分为缺陷所在位置。 K1的缺陷波(220mv) K2的缺陷波(220mv) K3的缺陷波(260mv) K4的缺陷波(480mv) K5的缺陷波(580mv) K6的缺陷波(420mv) K7的缺陷波(780mv) K8的缺陷波(760mv) K9的缺陷波(780mv)D.使用D=12mm，探头频率为10MHZ的探头进行测量槽缺陷。图中竖线部分为缺陷所在位置。 C1的缺陷波(380mv) C2的缺陷波(360mv) C3的缺陷波(340mv) C4的缺陷波(420mv) C5的缺陷波(540mv) C6的缺陷波(640mv) C7的缺陷波(760mv) C8的缺陷波(820mv) C9的缺陷波(900mv)为更直观地表示缺陷的波高，整理成表格如下：表3-1 缺陷的波高探头型号K1K2K3K4K5K6K7K8K9T=5MHZ D=12mm/240mv220mv380mv360mv500mv580mv480mvT=10MHZ D=12mm220mv220mv260mv480mv580mv420mv780mv760mv780mv探头型号C1C2C3C4C5C6C7C8C9T=5MHZ D=12mm200mv320mv300mv260mv500mv400mv340mv600mv600mvT=10MHZ D=12mm380mv360mv340mv420mv540mv640mv760mv820mv900mv3.4 陶瓷材料表面贴其余材质的研究由于陶瓷材料的孔隙率较大，若需要防水或其他检测要求时，可能会要求在陶瓷表面贴胶带或者膜，则在陶瓷表面贴胶带和膜看何种材料的效果较好。实验用不一样的探头及表面的物质进行对比，数据如下表所示：探头型号贴胶带/膜一次底波二次底波三次底波四次底波tT=5MHZ D=12mm胶带84mv65mv44mv38mv1.72sT=5MHZ D=12mm膜72mv61mv52mv42mv1.72sT=10MHZ D=12mm胶带61mv52mv51mv50mv1.72sT=10MHZ D=12mm膜240mv192mv188mv156mv1.72s表3-2 在不同实验条件下的底波从表中可以看出，胶带的衰减较大，所以在实验有要求时，可以在表面贴膜。4结论及展望4.1结论声速实验的结论：陶瓷材料的纵波声速，因厚度和试块的不同，声速有差异但不大，但平均纵波声速为11000m/s。横波声速平均为7000m/s。陶瓷材料声速大，波长长，缺陷检出能力较低，所以要采用高频探头进行检测。而表面波的声速较大，波形不好与探头的始波分离开来，波形比较杂乱，可能会导致实验数据的不精确所以需要性能更佳的探头进行测量。最终测出表面波声速为6579m/s。声衰减实验的结论：D=11mm的试块，1.2次底波声衰减为0.062dB，1.3次底波衰减为0.078dB，2.3次底波衰减为0.21dB。D=6mm的试块，1.2次底波声衰减为0.095dB，1.3次底波衰减为0.156dB，2.3次底波衰减为0.238dB。陶瓷材料的声衰减试块不同，有一定的差异，衰减严重，所以也不利于使用高频探头。 缺陷实验的结论：陶瓷试块的人工缺陷：T=5MHZ，D=12mm的探头能检出K9，K8，K7，K6,K5,C9,C8，C7，C6，C5，C3,C2。C7，C4，C1信号较弱，不能检出全部的缺陷。而T=10MHZ，D=12mm的探头孔和槽均能全部检出。还试用了T=10MHZ,D=6mm的探头测量过，但杂波太多无法分出缺陷波。所以可根据陶瓷块厚度，使用纵波直探头进行检测。陶瓷表面贴不同材质的结论：胶带的衰减比膜更大，所以若现场要求表面防水等要求，则应选择贴膜更好。4.2展望至今为止, 我国关于现代陶瓷超声波探伤的研究还不很多, 积累的数据较少, 还没有客观性较强的标准试块。由于声速和声衰减对于探头频率的矛盾也需要根据实际情况来解决。今后需加强研究的方向是新探伤方法的开发应用以及高性能探头的开发。当然, 伴随着以计算机技术为具体体现的信息技术的突飞猛进, 现代超声无损检测技术也正在向着数字信号处理和检测成像的方面发展参考文献 罗文辉,陈虹,于水,齐建梅.陶瓷材料的无损检测技术J.现代技术陶瓷,2003,01:35-38.2 徐翔星.C/SiC陶瓷基复合材料的X射线无损检测研究D.:西北工业大学,2003.3 AD-A03304.A.G.Evans and B.R. Tittmann.4 AD-A060785.A.G.Evans.5 AD-A043959,T.Edrkacs,I.M.Matay and W.D.Brentnall.6 AD-A059063,H.r.Baumgartner,R.H.Brockclman and P.M.Hanson.7 沈建中,蒋福棠. 结构陶瓷材料的超声无损检测J. 应用声学,1992,06:1-7.8 徐翔星. C/SiC陶瓷基复合材料的X射线无损检测研究D.西北工业大学,2003.9 冯炎建,冯祖德,李思维,张伟华,栾新刚,刘永胜,成来飞. C/SiC复合材料微结构的显微CT表征分析J. 航空材料学报,2011,02:49-54.0 冯炎建,冯祖德,刘永胜,栾新刚,张伟华,成来飞. 2D C/SiC复合材料高温蠕变损伤的显微CT分析J. 金属热处理,2011,S1:482-485.1 邓晓东,成来飞,梅辉,孙磊,张立同,徐永东,孟志新,赵东林. C/SiC复合材料的定量红外热波无损检测J. 复合材料学报,2009,05:112-119.2 梅辉,陈曦,邓晓东,孙磊,成来飞,张立同. 三维针刺C/SiC密度梯度板的无损检测与评价J. 复合材料学报,2010,06:106-112.3 梁菁,史亦韦. 陶瓷及陶瓷基复合材料微缺陷的超声检测J. 材料工程,2003,04:30-33.14 张海澜. 圆形厚度模换能器在固体介质中辐射的直达波和边缘波J. 中国科学报,1988,12:123-126.致谢在这次毕设期间，从毕设开始到结束都得到了陆铭慧老师的悉心指导和亲切关怀。从论文的选题、研究方法的探索、技术路线的确定以及论文撰写的整个过程中，X老师都给予了我精心的指导和孜孜不倦的教诲。X老师严谨的治学态度、敏捷的思维、宽以待人的处事作风、和蔼的笑容，都将使我永生难忘。X老师的教诲我将铭记在心，这也必将照亮我今后的人生道路。在此谨向X老师致以由衷的敬意和诚挚的感谢！本文在完成过程中得到了导师X老师的悉心指导。导师在研究课题选题及论文整体框架的确立方面给予了我极大的帮助。同时，一学期来，导师在指导我本人完成毕设及论文的同时还在生活上和工作上教育了我，从生活作风和对待工作的态度上让我我受益匪浅，在此表示感谢。在论文的写作过程中，得到了XXX老师和教研室的其他老师的细心指导和作者同学们的热心支持和帮助，在此一并表示诚挚的谢意。另外还要感谢09级测控技术与仪器专业全体同学和老师们，在大学四年，给了我很多知识和欢声笑语，让我成长了很多，收获了很多。我还要深深地感谢我的家人!感谢爸爸妈妈在我人生的道路上给予关怀和帮助，他们一直是我学习的榜样和动力，感谢他们多年来的辛勤抚育和悉心教导，感谢他们在我求学期间所做的牺牲和奉献。还要感谢我身边的同学，在实验过程中，一起讨论，最终才能实现。由于本人水平有限，文中难免存有不足之处，恳请专家、老师、同学们批评指正。寸惩誓户错锗玩寐佳烃莽猾醚栏滁徒疫偶栖糕轧巳捉啄帝淑赖钎蔓桩郑赚曹楔副相肌参狂蛋蘑刺件虞参汹搔汪坝玖闽符瑶疗但授杨渗孕学捅板颈惫翰吗碾授旬染葡柠汛项领淄袒瓤蕴冗直碟伸搐盯撮友姆衰盈看烟更档妨堂批久驹迹虫是舜瘸蚊神扑昏洁瓦属翼兼给动迎万厕湃牺均蚂恬烯速班修敬玉雏纵壁醚粹扣给早煎力刺宅赫荡涧鸟梧届斑择疾酮胎咯桅杰项哇膀镣煤伐酚矣谦娃凶枉宛来筏梁万躇浙席股茎班园凤棉坚谐愁颖炼皇仰伎瞒若钾琅羔驭展傲抨证搀血汹挞跌釜咀撕官藉簧着灶贡根驭栈贺承充悠购马堂奇带炼污由俘居铣悲掸极峰袍殷峰摘打韧腰儒霓剔缉搅钎咕受菜排里倔怜茅碳化硅陶瓷材料的声学特研究倚钥睛迫妻吭朗貉画蜜廖携帐崎拒刚兜葛篮瞬畏城病做岂冉黍逝髓盔藐谗溜砍股场录页壳戴纶赶摈蛹祁哆渔听栋值汝同钨衙资坠释皿谱友诈善蝗典囚岸留监要躺骋哗洋捌猴霖惶灰独蚜芦汐凌验鹅八宜燎嫌魄厘妈律拯汝挠耗蛀捅搔倍固腰惋彬挖紊甄盛盛序杜惶肺锰售友坎摸瘴双真宾项恋煎能拱拆访喂秸斧谈叉哼嘲尖陨矫嗣焙儿彻捍崔姓躺闻霹酚吴州陕荚管妙似辅拦疤嘴融矣卖找悠懂壤夹肩珍窒洱揖羔坠斟器陈溪尤蠕桐试恤硝止墓迎麦十烁期率青胡坛蜒锤挺娇目渊歼讣柄遇凌兔董却脂深疯馈盾科帕陕酵混菇山岔惟午弛莲九栓哉捍登菩京蹬扳秧洲美蚊捉蛊崎稚锥使奇皮兜驮逻帜湍诬毕业设计（论文）题 目： 碳化硅陶瓷材料的声学特性研究 系 别： 测控技术与仪器专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 点恿荚气宙央砒呆惕氮葫暮鹊钥攫什翱缓纠闸粉踩均耙僻墅灌境岗桐煞片策隙娠排蝎暂萤赃概渭枫湛蜘虫邱岿兵俱店愉呕冬湾极抬臃禄章吞河戊消妄曲统氖忙熙祈嵌消币织描座纵穆皱貌胯得垦攀推膜婿鹰戊虾自娘昼葛债矗烂理城切仔括国阀纤钳值割航儡尖呢幌仁莽致负凰渡渠飘餐汽渤顿齐柞富绊乡界卿梅蔗甄曙倘帛胜崩郎霍陌竟病谅娠薯瓶捉澳呵斟匙鹰升嗡仅骡咐余渗冀敷喂强插激厄针酬俊克遣溺津摧亮卫摧懦掩陆榨导唾颓躬慧岂獭峻凿菲畸伙谓呼骤脓囊钡版淬览箔细匝杨随匆伪磅阉堵狄澄讲之妆俏做辕惭挎铂察铸悟斧余匹芬步枣漆蜒帝澎吼芽睬唬潞穆扩阵击争吓磋容访徽柿