中文摘要：

碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有综合性能好、性价比高的特点，在航空航天工业中应用前景广阔。然而，目前国内铝基复合材料的研究工作尚处于起步阶段，对于这种材料的无损检测与评价方法缺乏系统的研究。为了推进我国碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究和应用，本项目拟研究该类复合材料的超声检测和评价方法。从理论和试验两方面入手，深入研究超声波在各向异性颗粒增强铝基复合材料中的传播特性，研制超声特征扫描及三维成像系统，检测铝基复合材料在不同加工步骤和工艺中产生的各种缺陷；通过试验获得超声波在铝基复合材料中的各种声学参量，建立这些参量与材料力学性能及特征参数之间的映射关系，实现铝基复合材料中增强体的含量及其分布均匀性等参数的检测，最终制定出颗粒增强铝基复合材料的无损评价方法和工艺流程。项目研究成果对于提高我国颗粒增强铝基复合材料的无损检测与评价水平具有重要的理论意义，在材料研制和实际生产中具有广阔的应用前景。

结论摘要：

碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)综合性能好，性价比高，在航空航天工业中应用前景广阔。然而，目前国内铝基复合材料的研究工作尚处于起步阶段，对于这种材料的无损检测与评价方法缺乏系统的研究。为提高碳化硅颗粒增强铝基复合材料产品的质量，帮助改进材料制备工艺，缩短研制周期，本项目对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的超声检测和评价方法进行研究。项目深入研究超声波在各向异性颗粒增强金属基复合材料中的传播特性。研制了一套用于SiCp/Al超声无损评价的实验系统，该系统具有电子门计算、声速与相对声衰减系数成像等功能。针对研究对象中常见的夹杂、团聚等缺陷，研究了三维成像超声检测方法，利用基线校正等信号处理方法改进了三维图像的质量，使用顶点归并等方法提高了成像速度，利用该方法扫查了带有缺陷的SiCp/Al试样，检测结果清晰地显示出了缺陷在三维空间中的信息。研究了SiCp/Al材料中SiCp体积百分比含量和材料机械性能之间的关系，推导了声速与弹性常数矩阵之间的关系，测量了SiCp含量不同的标准试样中的横波、纵波和准横波速度，计算出了相应的弹性常数，结果表明，材料的刚度随着SiCp含量的升高而增大，对同一试样，挤压方向的强度最高。研究了SiCp/Al材料中SiCp分布均匀性的检测方法，提出了双次扫描“TIRP法”声速成像和相对声衰减系数成像两种方法，结果表明，前者对SiCp含量变化不敏感，适合定量计算，后者受环境影响大，但对SiCp含量变化敏感，图像对比度较强，适合于定性分析。研究了非线性超声检测与评价方法，分析了压力等因素对非线性系数的影响；研究了非共线非线性方法的实验原理并建立了实验系统，对SiCp/Al材料均匀性检测的非线性技术进行了探讨。根据SiCp/Al材料的特点，探讨了使用电磁超声换能器进行检测的相关问题，研究了静态偏置磁场对灵敏度的影响及提高信噪比的方法。研究工作表明，利用超声无损评价方法可对SiCp/Al中的夹杂、团聚和不均匀等常见缺陷进行快速可靠的检测，同时还可对材料的SiCp含量和机械性能等参数进行无损表征，从而实现对SiCp/Al产品的全面评价。非线性超声检测方法灵敏度高是传统检测方法的重要补充，在金属基复合材料的均匀性检测方面具有优势。项目研究成果对提高我国粉末铝基复合材料的无损检测与评价水平具有重要的理论意义，在材料研制和实际生产中具有广阔的应用前景。