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超声扫描显微镜—材料行业应用方案

作者:Hiwave

       提起复合材料,大家就会想到碳纤维、石墨烯、钛合金等高科技领域应用的材料。其实不然,复合材料在生活中也很常见。比如生活中常见的不锈钢、塑料、陶瓷...等都属于复合材料。复合材料一般可分为金属和非金属两大类;金属复合材料常见的有铁合金、铝合金、钛合金、铜合金...等。非金属复合材料:常见等有塑料、橡胶、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷复合材料...等材料。


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       广义上来说就是单一材料性能满足不了人们的应用需求。于是将两种或者多种的材料混合成符合人们需求的材料。复合材料中的各种材料互相取长补短、将材料性能最大化,产生协同效应,使其满足不同需求。

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碳纤维复合材料


       复合材料优点:不锈钢中因铬的加入是不锈钢不生锈的关键。钛合金复合材料因质量轻、强度大、耐高温...等优点是航天航空常用材料。类似的如碳化硅、氮化铝、氧化锆等陶瓷复合材料因其具备优异的电绝缘性、耐热性、稳定性常被应用于功率电子电器等领域。如IGBT模块、DBC、DPC、HTCC、LTCC陶瓷基板等。碳纤维材料以高强度和刚度常应用于高级轿车。复合材料具备优异的物理化学特性在众多领域已经发挥着重要作用,同时对复合材料的质量要求也愈来愈高。对于检测复合材料内部缺陷的设备精度要求也愈高。


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Hiwave超声扫描显微镜S300


       多数复合材料缺陷产生原因都是由于不同基材之间的膨胀系数、应力、不一样。不同材料之间的密度差异、熔点、结晶点也会导致复合材料制成过程中均匀性差。复合材料在后续加工成型过程中内部很容易产生空洞、裂纹、气泡、夹杂等缺陷。超声扫描显微镜是检测材料行业内部缺陷的关键设备,超声波束在穿过材料内部缺陷界面如、裂纹、空洞、气泡处会形成反射与折射波。经过计算机计算,对工件内部进行扫描成像。可反映出工件内部缺陷的具体位置及大小等参数。


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金刚石复合片超声扫描图像


       PCD金刚石复合片在高温高压合成过程中,金属结合剂(催化剂)需先对金刚石微粉与其接触部分进行溶解,当金属固溶体的碳浓度相对金刚石达到饱和后,金属-碳熔体析出金刚石,受混合料均匀性影响,部分混合料间隙较大,外部压力无法完全对混合料进行压实,金刚石颗粒与结合剂接有效触面积小,导致结合剂对微粉的溶解后析出不充分,生成的d-d键较少,金刚石复合片的抗冲击性耐磨性等综合性能较差。金刚石复合片在与硬质合金结合面也更容易产生裂纹、空洞、虚焊、金刚石层厚度、密度分布不匀等缺陷。借助Hiwave研发的超声波扫描显微镜,可以容易的发现藏在复合片内部的微小缺陷及内部情况


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超声扫描显微镜检测界面


       陶瓷材料在烧结过程中,由于粉体中存在有机物或无机盐、粒状杂质(如铁、未研磨的残渣颗粒等)和过量的玻璃相,会在体内产生较大的气孔或气泡。孔隙的出现不可避免地会改变陶瓷材料的传热方式,对传热产生重大影响。在Hiwave超声扫描显微镜下内部的缺陷也清晰可见。


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超声扫描钛合金材料内部缺陷


       钛合金材料常见的锻造缺陷有组织过热及不均、孔洞、裂纹等,这些缺陷将大大降低钛合金锻件的力学性能,进而给产品的使用带来潜在危险,因此,需要加强对钛合金的生产过程中的检验,及时发现和工艺调整是保证钛合金材料品质的关键。


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碳纤维材料内部超声扫描图像


       碳纤维材料的生产过程比较长,工艺复杂,产生缺陷的几率会比较多,出现缺陷后常见的类型有空隙、夹杂、裂纹、疏松、纤维分成与断裂、纤维与基体界面开裂、纤维卷曲、富胶或贫胶、纤维体积百分比超差、纤维/基体界面结合不好等缺陷。分层和空隙是最常见的,也是影响最大的。通过超声扫描成像、可以很清晰看到碳纤维材料内部的结构、以及内部缺陷。


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材料内部空洞率检测


       Hiwave超声扫描显微镜SAT/(SAM)设备在材料行业全检方案以及软件算法定制能力,可为材料行业质量检测提供全面的无损检测系统解决方案,得到了TDK、美尔森、等材料行业龙头企业的认可。

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