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超声扫描显微镜SAT无损检测PCD金刚石

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在我们的日常生活中,存在着相当多的复合材料制品,比如陶瓷碗、塑料杯子、橡胶枕头等等。这一类其实都属于复合材料中的非金属复合材料。

复合材料中的碳纤维板

材料行业中将复合材料分为了两类,一是金属复合材料,例如铁合金、铝合金、钛合金、铜合金等,可用于航天航空产业、大型设备建设等等领域;二是接下来要详细叙述的刚刚提到的非金属复合材料,还包括碳纤维、石墨烯、陶瓷复合材料等等。

随着复合材料在工业、生活诸多领域上的大量使用,企业对复合材料的质量要求也越来越高,对于检测复合材料内部缺陷的设备精度要求和标准也越发提高。

多数复合材料产生缺陷的原因,是由于不同基材之间的膨胀系数、应力不一样。并且,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。导致复合材料在后续加工成型过程中,材料内部很容易产生空洞、裂纹、气泡、夹杂等缺陷。

复合材料内部

PCD金刚石复合片缺陷的产生原因也类似。

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,也是金刚石复合片的抗冲击性耐磨性等综合性能较差的原因。且当金刚石复合片与硬质合金结合时,其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。

箭头所指合金材料内部存在缺陷

对于PCD金刚石复合片的质量缺陷,业内一般采用无损或者金相切割的手段。而无损检测中通常使用超声扫描显微镜SAT进行检测。

金相切割是对产品直接进行切开,从而探测出其内部是否存在裂纹或空洞。但由于会破坏内部,对于单价较高的产品并不适用。

有的非材料行业的读者可能会提问,同样是无损检测,为什么不使用X-ray进行内部检测。这是因为X-ray检测原理依赖于材料密度差异,对于密度较为统一的PCD金刚石复合片内部,难以进行空洞、裂纹的探查,它更适合于其他有密度差异的待测物品。因此,业界对PCD金刚石复合片内部缺陷的检测,更多会使用超声扫描显微镜SAT进行检测。

图为超声扫描显微镜SAT全貌

超声扫描显微镜SAT使用的原理和X-ray不同,检测原理是基于超声波在被检测工件中传播回波特质。当超声波束自超声探头穿至材料内部遇到缺陷与工件底部时候会发生反射波,水浸超声扫描显微镜通过收集这些超声波,会在电脑屏幕上形成脉冲波形,找到缺陷波形进行图像化分析处理,检测结果为材料内部结合面图像。

以下为案例检测实际图:

金刚石复合片超声扫描图像金刚石复合片中白色为内部缺陷超扫也可检某金刚石复合片厚度

比起同样使用超声波检测的超声探伤仪,超声扫描显微镜几大优势就在于:①它能够对缺陷尺寸面积进行自动统计和计算;②它可对检测结果自动进行编辑并输出报告文档;③它有C扫T扫展示二维图像配合A扫波形图,而超声探伤仪只能提供A扫波形图。

故超声扫描显微镜SAT为材料行业中的PCD金刚石复合板、碳纤维板、钛合金材料等其他复合材料的内部质量检测,都能提供可靠的检测方案及设备。

碳纤维板的内部检测图

不仅材料行业,半导体行业的芯片封装质量、新能源汽车行业的水冷板焊接质量,包括时下大火的IGBT模组,都归属于超声扫描显微镜的检测范围。

后续也会更新其他行业的案例分享和科普内容,欢迎


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