【摘 要】
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粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料中常出现局部高浓度Al或SiC颗粒的聚集,即偏聚缺陷,对其进行无损检测至关重要。超声检测技术具有灵敏度高、穿透能力强、对人体无害等特点,在复合材料检测中应用广泛。但对于SiCp/Al复合材料中的偏聚缺陷,超声检测还存在以下难点:一方面,偏聚缺陷往往边界模糊、形态多变,超声波的反射、散射行为复杂,单纯依靠实验测试手段进行超声检测效果不佳;另
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粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料中常出现局部高浓度Al或SiC颗粒的聚集,即偏聚缺陷,对其进行无损检测至关重要。超声检测技术具有灵敏度高、穿透能力强、对人体无害等特点,在复合材料检测中应用广泛。但对于SiCp/Al复合材料中的偏聚缺陷,超声检测还存在以下难点:一方面,偏聚缺陷往往边界模糊、形态多变,超声波的反射、散射行为复杂,单纯依靠实验测试手段进行超声检测效果不佳;另一方面,超声信号包含了基体材料及偏聚缺陷的多方面信息,如何从中解耦偏聚缺陷处SiC含量、尺寸等特征比较困难。针对上述问题,主要研究内容及结果如下:（1）对SiCp/Al复合材料进行微观组织观测与统计,得到材料中Al合金含量约为55.0%,SiC含量约为45.0%,其中SiC颗粒尺寸范围2.0μm～10.0μm。基于试样密度、声速测量结果及金相显微观测结果,建立了含有直径分别为Φ3.0 mm、Φ2.0 mm、Φ1.5mm、Φ1.0 mm平底孔的SiCp/Al复合材料超声检测模型。模拟得到不同尺寸平底孔的仿真时域信号,经与实验结果对比,二者一致性良好,证明了所建模型的有效性。（2）在模型中分别设置尺寸为Φ0.8×1.6 mm～Φ3.2×6.4 mm纯Al偏聚与纯SiC偏聚以及尺寸为Φ3.2 mm×6.4 mm,SiC含量分别为40.0%～70.0%,自相关长度分别为40.0μm～100.0μm的偏聚缺陷,对得到的仿真时域信号波形及声速结果进行分析,结果表明:纯Al偏聚与SiC偏聚缺陷的反射波相位相反,信号幅值随偏聚缺陷尺寸的增大而增大;随着SiC含量由40.0%增大到70.0%,试样缺陷区域声速由6855.0 m/s～6867.0 m/s增大至7239.8 m/s～7252.9 m/s。（3）研究了SiCp/Al复合材料偏聚缺陷的材料特性（SiC含量40.0%～70.0%）与结构特性（自相关长度40.0μm～100.0μm）对超声背散射信号的影响。结果表明,SiC含量增大时,表观积分背散射系数AIB与积分背散射系数IBC均呈下降趋势,且IBC具有更高的稳定性,IBC由-21.4 d B～-25.8 d B减小至-29.1 d B～-31.1 d B;自相关长度增大时,IBC由-45.4 d B～-60.9 d B减小至-52.5 d B～-74.4 d B。结合对SiCp/Al复合材料中的自然偏聚缺陷显微观测结果,分析了超声检测方法的有效性。
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