声阻抗梯度材料的制备与性能测试

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超声无损检测(UT)已经成为了应用最广泛的无损检测手段之一。超声波在传播过程中会在声阻抗突变界面发生反射,形成回波,而超声检测很多时候正是利用在缺陷表面的回波来进行检测。但在一些界面上我们不希望产生此类反射回波,所以便有必要研究制备一种梯度材料,在该界面进行声阻抗匹配,从而能减少甚至消除该界面的声波反射,达到更好的利用超声波的目的。本文中将不同种类,不同颗粒大小的金属粉末进行热塑性酚醛树脂表层包覆后,将其放入沉降液(水)中进行沉降,利用不同密度、不同粒径的粉末在液体中沉降速率不同得到各种粉末自然分布的沉积层,其中粒径小密度小的粉末分布在最上端,粒径大密度大的粉末在最下端,然后将沉积的粉末经干燥,压制和固化等工艺后,便得到了连续过渡的声阻抗梯度材料。我们使用液浸超声端面回波法分别测得了所用的各种粉末在不同树脂含量下声阻抗值和声衰减系数的变化情况,并研究了基体粉末颗粒密度以及粒度对声阻抗值和声衰减系数的影响规律,最后将制备的声阻抗梯度样品沿纵向逐层剥离,测量其声衰减系数及其声阻抗分布曲线,并辅助以纵向的刨面组织观察和超声回波实验,从而能更全面的评价试样性能。测试结果表明,随基体粉末所包覆的树脂量增多,其声阻抗值下降,但对声衰减系数并没有规律性影响;随基体粉末的粒径减小,其声阻抗值下降,但声衰减系数没有规律性变化;随基体粉末密度增大,其声阻抗值和声衰减系数均增大。本文所用的工艺方法简单稳定,重复性好,且在制备过程中能够精确控制酚醛树脂的添加量,从而能相应控制样品的声阻抗分布,文中所制备的样品符合设计要求,具有明显的声阻抗梯度,且内部声阻抗值连续变化。
摘要第1-5页
Abstract第5-9页
引言第9-11页
1 绪论第11-23页
   ·超声无损检测第11-16页
     ·无损检测第11-14页
     ·超声无损检测第14-15页
     ·超声检测探头第15-16页
   ·功能梯度材料第16-18页
   ·本文研究内容及应用背景第18-23页
2 实验理论基础及装置仪器第23-40页
   ·超声检测相关理论第23-32页
     ·声波第23-24页
     ·声波的衰减第24-25页
     ·平面声波垂直入射时的透射与反射第25-29页
     ·声速、声阻抗率及介质特性阻抗第29-32页
   ·沉降理论第32-34页
   ·实验装置及仪器第34-40页
     ·实验材料第34-35页
     ·包覆装置第35-36页
     ·沉降装置第36-37页
     ·模具及其他制备装置第37-38页
     ·测试仪器第38-40页
3 试样的制备及测试第40-52页
   ·制备过程第40-47页
     ·实验设计及用料配比第40-45页
     ·制备工艺第45-47页
   ·测试方法第47-52页
     ·声阻抗测试方法及评价第47-49页
     ·声衰减系数测试方法及评价第49-50页
     ·内部结构连续性评价第50-52页
4 实验结果及分析第52-71页
   ·声阻抗测试方法评价结果及分析第52-55页
   ·各种粉末在不同树脂含量下声阻抗值与声衰减系数测试结果及分析第55-58页
   ·基体粉末密度对声阻抗值和声衰减系数的影响结果及分析第58-60页
   ·基体粉末粒度对声阻抗值和声衰减系数的影响结果及分析第60-61页
   ·声阻抗梯度样品测试结果及分析第61-68页
     ·声阻抗梯度样品内部声阻抗值分布第61-65页
     ·树脂含量对声阻抗梯度样品内部声阻抗值的影响第65-68页
   ·声阻抗梯度样品内部结构连续性测试结果及分析第68-71页
结论第71-72页
参考文献第72-74页
攻读硕士学位期间发表学术论文情况第74-75页
致谢第75-76页
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