陶瓷基復合材料（CMCs）檢測項目全解析

一、物理性能檢測

1. • 檢測方法：阿基米德排水法（ASTM C20）、水銀孔隙儀（ASTM D4404）。
   • 意義：孔隙率直接影響材料強度及抗氧化性，高孔隙可能導致裂紋擴展。
2. • 工具：白光干涉儀、原子力顯微鏡（AFM）。
   • 應用：評估加工工藝對界面結合的影響。

二、力學性能檢測

1. • 標準：ASTM C1275（室溫拉伸）、ASTM C1424（高溫拉伸）。
   • 挑戰：高溫環境下需同步監測蠕變行為。
2. • 方法：單邊切口梁法（SENB）、壓痕斷裂法（IFM）。
   • 關鍵點：評估纖維/基體界面結合強度對裂紋擴展的阻礙作用。
3. • 測試儀：維氏/努氏硬度計（ASTM C1326）、球盤式摩擦試驗機。
   • 應用：渦輪葉片等運動部件的耐久性分析。

三、熱學性能檢測

1. • 設備：熱機械分析儀（TMA），溫度范圍覆蓋-150°C至1600°C。
   • 匹配性：纖維與基體的CTE差異影響界面殘余應力。
2. • 方法：激光閃射法（ASTM E1461）、水淬法（驟冷驟熱循環）。
   • 極限測試：模擬火箭發動機噴管瞬時升溫至2000°C的工況。

四、微觀結構分析

1. • 技術：掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）觀察纖維分布、界面相及缺陷。
   • 能譜分析（EDS）：檢測元素偏析及氧化層成分。
2. • 儀器：X射線衍射儀（XRD）、拉曼光譜。
   • 關注點：高溫下SiC基體氧化生成SiO₂的相變行為。

五、無損檢測（NDT）技術

1. • 分辨率：微米級孔隙與分層缺陷識別。
   • 適用場景：復雜形狀部件的內部結構3D重構。
2. • 參數：聲速、衰減系數反映界面損傷程度。
   • 局限性：對細小裂紋敏感性較低。
3. • 應用：快速篩查表面及近表面缺陷（如脫黏）。

六、化學與環境穩定性檢測

1. • 條件：燃氣環境下（如H₂O、O₂）1000°C以上暴露實驗。
   • 評估指標：質量損失率、表面氧化層厚度。
2. • 模擬環境：中子輻照（核反應堆部件適用）。
   • 檢測項：力學性能退化及腫脹效應。

七、標準化與挑戰

• 國際標準：ISO 20505（CMC力學試驗）、ASME BPVC案例（核能應用）。
• 技術瓶頸：極端環境（如超高溫、等離子體）下的原位檢測技術尚不成熟。

八、未來趨勢

1. 智能化檢測系統：AI輔助的缺陷自動識別與壽命預測。
2. 多場耦合測試：力-熱-化多因素聯合作用下的性能評估。
3. 微納尺度表征：聚焦離子束（FIB）技術用于界面納米級分析。