C/SiC陶瓷基复合材料的X射线无损检测研究

C／SiC复合材料是一种极具应用潜力的新型高温结构材料，采用无损检测（NDT）技术可以使C／SiC的制造和服役期质量得到更高的保证，加深对材料结构与性能的认识，指导C／SiC复合材料的设计。本文选择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，主要研究内容和结果如下： （1） 测定了C（高纯石墨）和SiC的X射线照相等效系数，在35～45KV的条件下，Al对SiC的等效系数KAl／SiC为1.1～1.2，Al对C的等效系数KAl／C为0.08～0.12，所以X照相射线检测C／SiC对C纤维缺陷不敏感，而对SiC基体缺陷敏感。提出采用Al像质计对C／SiC复合材料的X射线照相检测质量进行评估。 （2） X射线照相对C／SiC复合材料中SiC或C／SiC缺陷的形状和方向参数敏感，对垂直于纤维编织方向的基体线形缺陷的检测灵敏度达3.2％，平行于纤维编织方向的为5.2％，对横向凹槽缺陷的检测灵敏度可达2.7％。通过计算分析照相图像的能量谱特征，从信噪比角度对此进行了解释。 （3） 通过X射线照相检测出了C纤维预制体的编织缺陷、C／SiC中由于编织错误产生的的孔洞、纤维的编织纹路和较大范围内密度的变化等。 （4） 用X射线工业CT（BT-400）对C／SiC构件进行了断层扫描成像检测，能精确检测出C／SiC复合材料截面密度分布，虽然还不能反应C／SiC中众多微孔隙的几何细节，但已能够清楚地显示出纤维束间孔隙的形状、相对大小、位置等信息，能检测出C／SiC中编织缺陷造成的孔洞。 （5） 采用图像叠加法、覆盖法与照相图像直接生成法对C纤维编织体、C／SiC以及它们的各种缺陷和编织结构的改变等进行了X射线照相模拟，获得了其X射线照相的模拟图像。建立了二维编织与四步法三维编织结构的CAD模型，提出了将复合材料微观到宏观结构的CAD模型用于X射线检测模拟的思路，获得了叠层碳布和叠层C／SiC复合材料的X射线照相检测的模拟图像。