陶瓷基复合材料内部缺陷的无损检测技术解析

陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites, CMC）因其优异的高温性能，在航空航天等尖端领域扮演着日益重要的角色。然而，其复杂的制造工艺，如化学气相渗透（CVI），不可避免地会在材料内部引入孔洞、孔隙、分层等缺陷。这些微观缺陷直接决定了材料的最终性能和服役寿命，因此，对其进行精确的无损检测（NDT）与表征，是质量控制和失效分析的核心环节。

一、孔洞的超声波检测：从宏观到微观

超声波技术是探测内部体积型缺陷的常用手段，但对于结构复杂、声衰减显著的CMC材料，检测策略需要精细调整。

1.1 常规尺寸孔洞的探测

以Micalon纤维编织增强的碳化硅（SiC）基复合材料为例，这类材料在CVI工艺中，由于SiC沉积过程中可能卷入水蒸气导致渗透不完全，常产生10%~15%的高孔隙率及尺寸不一的孔洞。

在检测实践中，由于材料本身的高声衰减特性，通常选用较低频率（如2.25 MHz）的超声波并采用穿透法进行检测。在一个具体的案例中，研究人员使用了一对聚焦宽带2.25 MHz的压电换能器，将声束聚焦于试件表面，形成近乎点源的探测声场。该试件厚度为11.5 mm，理论密度约85%，采用[30°/60°/90°]的叠层方式制造。