SiC连续纤维增强钛基复合材料的无损检测技术

SiC纤维增强钛基复合材料（SiC/Ti）因其卓越的比强度与耐蚀性，在航空航天等尖端领域备受瞩目。这类材料通常采用兼具高强度与优异耐蚀性的钛合金（如Ti-6Al-4V）作为基体，并以高性能的SiC纤维作为增强相。

以Textron公司生产的SCS-6纤维为例，其结构设计颇为精巧：中心是一根直径约25μm的碳芯，其外包覆两层同心SiC层，最外层则是数微米厚的双层碳覆层。这层特殊的碳覆层（也称中间相）劲度远超碳芯，其核心功能是保护SiC纤维在高温制备过程中免于与钛基体发生反应，从而避免形成脆性界面相，确保复合材料的整体性能。一根完整的SCS-6纤维直径约为152μm，是制造高强度复合材料构件的理想选择。然而，材料的卓越性能高度依赖其内部微观结构的完整性。如何精确评估其内部状态，便成为无损检测（NDT）技术面临的核心课题。

1. 纤维分布的检测

增强纤维在基体中的空间分布是决定复合材料各向异性力学性能的基础。计算机断层扫描（CT）技术为我们提供了一个直视材料内部的窗口。

图1展示了一份SiC/Ti复合材料的原始CT图像，其中单根直径约142μm的SiC纤维清晰可见，但其分布呈现出明显的随机与杂散特性。为了进行定量分析，需要对图像进行处理。通过采用峰/谷标识器并辅以形态学滤波器，可以将原始灰度图像转换为二进制图像（如图1b所示）。在这种图像中，所有像素点被清晰地分割：代表钛基体的像素被赋值为1，而代表SiC纤维的像素则被赋值为0。这种数据化的呈现方式，为后续精确计算纤维体积分数、评估分布均匀性等奠定了基础。