超声扫描显微镜—材料行业应用方案

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。①金属复合材料：常见有铁合金、铝合金、钛合金、铜合金……②非金属复合材料：常见有塑料、橡胶、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷复合材料……

广义上来说，复合材料就是当单一材料性能满足不了人们的应用需求时，会将两种或者多种的材料混合成符合实际需求的材料。复合材料中的各种材料会互相取长补短、将材料性能最大化，产生协同效应，使其满足不同需求。

碳纤维复合材料

复合材料优点：
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。
比如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。

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。

因此，超声扫描显微镜成为了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。

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。且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，故其抗冲击性耐磨性等综合性能较差。

也正因为如此，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其他问题。

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。

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。

碳纤维材料内部超声扫描图像

碳纤维材料：

它的生产过程比较长，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。

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。