【正文】 應(yīng)根據(jù)薄板厚度來(lái)確定波的次數(shù)，使聲波的傳播距離在波束未擴(kuò)散區(qū)內(nèi)。可用直探頭放在薄板表面，使聲波在上下表面來(lái)回反射，在示波屏上出現(xiàn)多次底波。然后，再將探頭放置在陶瓷試塊上，測(cè)出其前邊緣到探頭的距離，加上探頭的前沿長(zhǎng)度，并在儀器上找到最大的表面波波高的時(shí)間數(shù)據(jù)，記錄其數(shù)據(jù)再根據(jù)公式(21)進(jìn)行計(jì)算。）。首先計(jì)算出碳化硅陶瓷材料的第二臨界角：采用如圖23參數(shù)斜探頭，尺寸為13*13，入射角為31176。見(jiàn)圖21,縱波速度由直達(dá)波測(cè)量: (23)式中 L縱波聲程 T縱波聲時(shí)圖21 反射法測(cè)聲速 圖22 材料中的脈沖聲場(chǎng)（波陣面分布圖）橫波速度由延遲波確定，在圖22中,延遲聲程(為延遲周期)，幾何關(guān)系l/d=ctg,三角恒等式1/和反射定律得 = (24)由橫波SV的聲程，聲時(shí)也可求得= (25)第二種是用張海瀾等人的圓形厚度模換能器在固體介質(zhì)中輻射的直達(dá)波和邊緣波一文中提到用的波形計(jì)算橫波聲速[14]。由于橫波探頭制作上的困難，以及頻率低、測(cè)量精度差等原因，一般不用直接產(chǎn)生橫波的方法測(cè)量橫波聲速。實(shí)驗(yàn)原理： (21)式中 c波速s傳播的距離t傳播的時(shí)間 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：探傷儀 測(cè)厚儀 示波器等。一般情況下難以檢測(cè)出一百微米以下的裂紋狀內(nèi)部缺陷。超聲波檢測(cè)是通過(guò)測(cè)定反射波變化以達(dá)到檢測(cè)材料內(nèi)部或表面是否存在缺陷的目的。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)靈敏度高，速度快；(2)檢測(cè)儀器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；(3)使用安全，信號(hào)處理速度高，可建立自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)；(4)受工件表面光潔度影響?。?5)檢測(cè)用途廣泛。用紅外熱像儀檢測(cè)出物體表面的這種溫度差異，即可判斷被測(cè)試樣中是否存在缺陷以及缺陷存在的情況。局限性表現(xiàn)為：檢測(cè)效率低、檢測(cè)成本高、雙側(cè)透射成像(相對(duì)于反射式射線(xiàn)檢測(cè))，不適于平板薄件的檢測(cè)以及大型構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。目前，國(guó)內(nèi)外陶瓷材料的無(wú)損檢測(cè)的方法歸納起來(lái)，主要有:（RT）照相法的基礎(chǔ)及原理射線(xiàn)檢測(cè)是利用射線(xiàn)對(duì)各種物質(zhì)的穿透力來(lái)檢測(cè)物質(zhì)內(nèi)部缺陷的一種方法，它適用于探測(cè)體積型缺陷，如氣孔、夾渣等。、制品使用(提供使用)中或由環(huán)境產(chǎn)生的缺陷。作為檢測(cè)對(duì)象的缺陷可分：，如表面缺陷的危害性最大，不僅影響到制品的機(jī)械性能和物理化學(xué)性能，而且影響到制品的外觀質(zhì)量。本文主要就缺陷檢測(cè)展開(kāi)討論。根據(jù)陶瓷材料的聲速大，波長(zhǎng)長(zhǎng)，缺陷檢出能力低的特點(diǎn)，選取高頻探頭提高靈敏度，但聲衰減也嚴(yán)重，不利于用高頻探頭，所以對(duì)于探頭頻率的要求不同，需要解決這個(gè)矛盾的問(wèn)題。超聲無(wú)損檢測(cè)方法幾乎可以檢測(cè)結(jié)構(gòu)陶瓷中所有類(lèi)型的缺陷，并且具有對(duì)缺陷定位、定量的能力和檢測(cè)可信度較高的特點(diǎn)，得到了較多的重視。其原因在于我國(guó)在陶瓷材料的無(wú)損檢測(cè)研究中存在的方法少、檢測(cè)能力受限、無(wú)損檢測(cè)人員參與少，針對(duì)此問(wèn)題，開(kāi)展對(duì)陶瓷材料的超聲檢測(cè)方法研究是非常必要的。超聲波的產(chǎn)生較為容易，價(jià)格較低，在可以接受的衰減范圍內(nèi)能夠在CMC中傳播較長(zhǎng)的距離，輸出信號(hào)含有豐富的有關(guān)材料內(nèi)部特征的信息。其原因是一般無(wú)損檢測(cè)研究人員無(wú)法接觸到這種新型的高溫結(jié)構(gòu)材料，無(wú)法開(kāi)展相關(guān)研究工作。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果, 比較了兩種方法的檢測(cè)能力。圖12 鄧曉東對(duì)C/為研究陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料微缺陷的超聲檢測(cè)能力, 梁菁和史亦韋[[] 梁菁,史亦韋. 陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料微缺陷的超聲檢測(cè)[J]. 材料工程,2003,04:3033.[14] 張海瀾. 圓形厚度模換能器在固體介質(zhì)中輻射的直達(dá)波和邊緣波[J]. 中國(guó)科學(xué)報(bào),1988,12:123126.]針對(duì)一些人工缺陷試樣進(jìn)行了超聲檢測(cè)試驗(yàn)。梅輝等[[] 梅輝,陳曦,鄧曉東,孫磊,成來(lái)飛,張立同. 三維針刺C/SiC密度梯度板的無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)[J]. 復(fù)合材料學(xué)報(bào),2010,06:106112.]進(jìn)行了三維針刺C/SIC 密度梯度板的無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)研究，采用紅外熱成像設(shè)備檢測(cè)三維針刺密度梯度纖維預(yù)制體化學(xué)氣相滲透法（CVI）沉積碳化硅（SIC）前后內(nèi)部的密度變化，追蹤材料內(nèi)部缺陷的遺傳性，并用X射線(xiàn)和工業(yè)電子計(jì)算機(jī)X 射線(xiàn)斷層掃描技術(shù)（CT）驗(yàn)證上述實(shí)驗(yàn)的可靠性。他還利用顯微CT針對(duì)自愈合2DC/SiC復(fù)合材料高溫蠕變?cè)囼?yàn)前后的內(nèi)部孔隙率進(jìn)行了分析。馮炎建等[[] 馮炎建,馮祖德,李思維,張偉華,欒新剛,劉永勝,成來(lái)飛. C/SiC復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)的顯微CT表征分析[J]. 航空材料學(xué)報(bào),2011,02:4954.] [[] 馮炎建,馮祖德,劉永勝,欒新剛,張偉華,成來(lái)飛. 2D C/SiC復(fù)合材料高溫蠕變損傷的顯微CT分析[J]. 金屬熱處理,2011,S1:482485.]利用顯微CT表征了采用化學(xué)氣相滲透法（CVI）制備的3D C/SiC復(fù)合材料的三維結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)了顯微CT的微結(jié)構(gòu)表征能力。目前也只有西北工業(yè)大學(xué)超高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和北京航空材料研究院開(kāi)展了少量的射線(xiàn)、紅外、聲發(fā)射及超聲C掃描成像方法的研究。德國(guó)近年來(lái)已開(kāi)展起改進(jìn)檢測(cè)方法和質(zhì)量的深入一步的研究[[] 沈建中,蔣福棠. 結(jié)構(gòu)陶瓷材料的超聲無(wú)損檢測(cè)[J]. 應(yīng)用聲學(xué),1992,06:17.]。盡管目前日本在制造高溫高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)陶瓷方面已經(jīng)達(dá)到世界最高水平,但他們?nèi)詫⑻岣邿o(wú)損檢測(cè)技術(shù)的水平列為今后的開(kāi)發(fā)任務(wù)。對(duì)于結(jié)構(gòu)陶瓷材料的無(wú)損檢測(cè)的研究工作,在美國(guó)是與這類(lèi)材料本身的研究工作同步進(jìn)行的,在70 年代初就得到高度重視,研究工作比較全面深入[[] and . Tittmann.] [[] .] [[] ADA043959, and .] [[] ADA059063, and .]。但超聲檢測(cè)以其便攜、準(zhǔn)確、廉價(jià)，可靠性高等特點(diǎn)，一直占據(jù)著研究的主流地位，并將繼續(xù)引領(lǐng)發(fā)展。 透光性差和材料內(nèi)部多孔導(dǎo)致光線(xiàn)散射及人眼視覺(jué)分辨力低等原因，光照目測(cè)方法的檢測(cè)可靠性也較低；以上種種原因，使CMCs的無(wú)損檢測(cè)研究進(jìn)行得較為艱難。 陶瓷基復(fù)合材料（Ceramic Matrix Composites，CMCs）缺陷極其微小，一般比金屬或復(fù)合材料小1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，為防止材料快速破壞，需檢測(cè)60~600μm的缺陷；為達(dá)到預(yù)測(cè)壽命的目的，需檢測(cè)出20~200μm的缺陷；若想控制材料組織，需檢測(cè)出10~50μm的缺陷；為控制精密部件制造工藝，需檢測(cè)1~30μm的缺陷[ [] 羅文輝,陳虹,于水,[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷,2003,01:3538.]。超聲檢測(cè)作為一種重要的無(wú)損檢測(cè)方法，在各種材料的檢測(cè)中占有重要的地位，但卻在我國(guó)的陶瓷材料的無(wú)損檢測(cè)研究中沒(méi)有被研究。其高效的使用性、適應(yīng)性使其越來(lái)越受到人們的關(guān)注。當(dāng)今陶瓷可以說(shuō)已然成為了對(duì)我們生活產(chǎn)生重大影響的一門(mén)重要學(xué)科。本課題研究得出了陶瓷材料的縱波，橫波，表面波的聲速以及其衰減特性，并在人工缺陷板上測(cè)出缺陷，從而得出陶瓷材料聲學(xué)檢測(cè)實(shí)踐的啟發(fā)和理論依據(jù)。隨著無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)在陶瓷材料的檢驗(yàn)工作中變得越來(lái)越重要。 作者簽名： 日期：導(dǎo)師簽名： 日期： 碳化硅陶瓷材料的聲學(xué)特性研究 摘要：陶瓷材料在耐高溫、強(qiáng)度高、熔點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉等方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，尤其在對(duì)材料耐磨性、耐腐