Page 41 - 无损检测2024年第四期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202404002

基于脉冲回波法的反应烧结碳化硅弹性模量预测

宋岷蔚 , 陈益超 , 魏文卿 , 陈孝飞 , 刘 红 1
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( 1. 中国科学院光电技术研究所 光学轻量化与新材料技术中心 光场调控科学技术全国重点实验室,

成都 610209 ; 2. 西南科技大学 信息工程学院, 绵阳 621010 )

摘 要:为了快速准确地检测反应烧结碳化硅( RBSC ) 的弹性模量, 基于材料超声声速与弹性

特性之间的关系, 采用脉冲回波法检测不同密度 RBSC 材料的超声纵波声速与横波声速, 结合密度
计算得到材料的弹性模量。建立了弹性模量与密度之间的直接模型, 并将模型预测值与实测值、 传
统经验模型所得值分别作对比; 进一步, 研究了不同密度 RBSC 材料的面孔隙率和游离硅含量随密
度的变化规律, 并建立了密度与游离硅体积百分含量的经验公式。结果表明, 建立的弹性模量预测
模型可以无损、 简单、 快捷地得到 RBSC 材料的弹性模量, 密度与游离硅体积分数的经验公式还可
辅助调节 RBSC 材料的制备工艺, 对碳化硅等复合材料的研制和检测具有重要意义。
关键词:反应烧结碳化硅; 密度; 弹性模量; 游离硅; 面孔隙率

中图分类号: TB321 ; TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2024 ) 04-0007-06

Predictionofelasticmodulusofreactionbondedsiliconcarbidebasedonp ulse-echomethod

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SONG Minwei , CHENYichao , WEIWen q in g CHENXiaofe i , LIUHon g 1

( 1.NatioalKe yLaborator y ofO p ticalFieldMani p ulationScienceandTechnolo gy , Li g htwei g htO p ticsandAdvancedMaterials

Technolo gyCenter , InstituteofO p ticsandElectronics , ChineseAcadem y ofSciences , Chen g du610209 , China ;

2.SchoolofInformationEn g ineerin g , SouthwestUniversit y ofSciencesandTechnolo gy ,

Mian y an g 621010 , China )

Abstract : Toq uickl yandaccuratel ydetectthee lasticmodulusofthereactivebondedsiliconcarbide ( RBSC ),

thep ulse-echomethodwasusedtodetecttheultrasoniclon g itudinalwavevelocit y andshearwavevelocit yofRBSC

ofdifferentdensitiesbasedontherelationshi pbetweentheultrasonicwavevelocit yandelasticp ro p ertiesofthe

material.Theelastic modulusofthe materialwasfurtherobtainedb ythedensit ycalculation.Thedirectmodel

betweentheelasticmodulusandthedensit ywasfirstl y established.Aslon g asthedensit y ofRBSCwasknown , the

elasticmoduluscanbera p idl yanddirectl yusedtop redictitselasticmodulusvalue.Toverif y thereliabilit yofthe

model , thisp a p ercom p aredthep redictedvaluesofthemodelwiththemeasuredvaluesandthevaluesobtainedb y

thetraditionalem p iricalmodel.Furthermore , the relationshi pbetweentheareal p orosit y andfreesiliconcontentof

RBSCwithdifferentdensitieswasinvesti g atedandanem p iricalformulaofthedensit yandthefreesiliconvolume

p ercenta g econtentwasestablished.Resultsshowedthattheelastic modulusp rediction modelestablishedinthis

p a p ercannotonl y obtaintheelasticmodulusvalueofRBSCq uickl ybutwasalsoconducivetothead j ustmentofthe

RBSCp re p arationp rocess , combinin gwithem p iricalformulaofthedensit yandthefreesiliconvolumep ercenta g e

content.Itisim p ortantforthedevelo p mentanddetectionofcom p ositematerialssuchassiliconcarbides.

Ke ywords : reactionbondedsiliconcarbide ; densit y ; elasticmodulus ; freesilicon ; areal p orosit y
随着空间光学成像技术的发展, 反射镜成为空间
收稿日期: 2023-05-04
基金项目: 国家自然科学基金 ( 61805250 ) 光学系统的关键部件。为了适应空间环境, 反射镜必

作者简介: 宋岷蔚( 1986- ), 女, 硕士, 实验师, 主要研究方向 须满足 轻 质、 高 比 刚 度 以 及 良 好 的 热 稳 定 性 等 要
为超声无损检测 [ 1-2 ]
求 。碳化硅( SiC ) 作为新型反射镜材料, 具有优异
通信作者: 宋岷蔚, 18780175291@139.com
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2024 年 第 46 卷 第 4 期
无损检测