声显微学的应用.pdfVIP

声显微学的应用 ‘ 张谦林 ，‘张其海’，张送根 ’，瓦 ·列文 ‘ (1.中国科学院研究生院信息科学与工程学院 北京100039 2.信息安全国家重点实验室 中国科技大学研究生院 北京 100039 3.中国科学院电子研究所 北京100080;4.俄罗斯科学院声显微学中心 莫斯科) AcousticMicroscopyApplications ZHANGQian-line，ZHANGQi-hai,ZHANGSong-gen3,V.M.Levin4 (I.SISE,TheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,Beijing100039; 2.GraduateSchoolofUniversityofScienceTechnologyofChina，Beijing100039; 3.InstituteofElectronics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080,China 4.CenterofAcousticMicroscopy,RussianAcademyofSciences) 声显微学是近年来发展起来的一个新兴学科，它是借助于高频聚焦超声波 (10-2000MHz)对 物体深层和表面的结构进行显像的一门学科。该设想最早由苏联科学家索科洛夫于1936年提出， 其原理是根据聚焦声束与物体相互作用导致的反射、透射和散射而形成相应类别的声显微学。聚 焦声束是由超声聚焦系统 (声透镜)在浸液中产生的，被研究的物体置于焦区，这使构造声显微 技术产品成为可能。直到1973年.在美国Stanford大学的C.Quate教授领导下，研制成第一台 扫描声学显微镜 (SAM)。经过几十年的发展，声显微技术已广泛应用于物理、化学、电子、生物、 材料科学等研究领域以及航空航天和国防工业等高技术领域。 1体的局部弹性特性研究 近年来，新型复合材料已成为材料科学研究的热点，对这些新材料的物理性质 (声学、电学) 和力学行为 (强度、韧性)及其内部缺陷和微结构的研究十分重要。由于这些新材料制备工艺复 杂，只能提供毫米尺寸的样品，而常规的超声检测和力学研究均需要大尺寸样品，声显微法正是 解决这一难题的有效途径。本文作者采用高分辨率扫描声学显微镜ELSAM(2GHz)，对氮化硼纤维 增强陶瓷基复合材料微型样品进行声显微成像研究，得到了单根纤维中声波干涉圆环图形，如图 1所示。从而可计算单根纤维截面中瑞利波速的局部值，同时评价复合材料纤维和基体的界面特 性划【。 2 固体的微结构研究 对不透明物体深层和多层系统的体微结构和微缺陷进行显象，其中包括各种材料体缺陷的微 结构 (晶体、多晶、金属、合金、纳米陶瓷、聚合物等)，以及裂纹、空洞、杂质、颗粒和许多其 他类型的缺陷。作者采用高分辨率声显微镜，对TLCP液晶微纤的微结构进行了声显微成像研究， 从中观察到直径相差两个数量级以上的玻璃纤维和液晶微纤的形态、取向和分布，并测试了长度、 直径比数据，给出了用声显微法评价原位混杂增强复合材料的有效手段2]〔。 3 声显微学在航空工业领域中的应用 高分辨率声显微系统广泛用在航空、自动化、核动力、造船、石油、电子等工业领域，主要 基金项目:本项目受国家自然科学基金资助 69902007) 作者简介:张谦琳 (1940-)，女，山东人，教授，从事超声检测和声显微成像研究 是对材料和物体内的微小尺寸缺陷的无损检测 (MDT)和无损评价 ((NDE),特别是航空航天工业中 的各类连接件的无损检测，如扩散焊、点焊，粘接连接和铆接部件的MDT和NDE. 作者采用扫描声学显微镜，对航空工艺部件 一铝基粘接复合材料进行了声显微成像研究， 在粘接层界面上的C扫描图像中，呈现一处明显的缺陷区域，如图2所示，从中观察到缺陷的分 布和扩展情况。同时还用声显微法对航空发动机的惯性摩擦焊接头质量进行研究，发现在接头的 结合层内存在两类缺陷，一类是宏观缺陷 (未焊合、裂纹…)，另一类是弱结合 (冷焊、灰斑)。 而弱结合的存在是比较严重的潜在危险。我们对三块不同工艺对应的 (完好、破损、一般)样品 的结合层进行了检测，结果表明，对常规超声检测技术