Application of ultrasonic waves in measurement of hardness of welded carbon steels

The ultrasonic contact impedance technique and ultrasonic wave velocities have been widely used for non-destructive hardness measurement.Ultrasonic wave velocity shift provides through the thickness average hardness, however, the correlations are performed according to surface hardness. In order to accept this technique as a particular non-destructive method for determination of hardness, it is necessary to test it with industrial applications. A widely used joining(welding) technique is selected for this purpose. Samples of carbon steels with three different carbon contents, but similar composition, are annealed in order to obtain the softened samples with different hardness values. Rockwell B scale hardness of heat treated samples, which are assumed to be isotropic, are determined and correlated with ultrasonic wave velocity shifts. Effect of welding process on hardness is investigated using ultrasonic wave velocity shifts, and the results are verified with destructive hardness measurements.

压电AlN MEMS的新进展(续)

Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN薄膜具有较好的压电性能,与CMOS工艺相兼容,压电AlN MEMS首先在手机应用的射频谐振器、滤波器方面取得突破,实现量产,近年来压电AlN MEMS已成为MEMS技术创新发展的热点。介绍了压电AlN MEMS在掺杂薄膜材料制备、新器件结构设计、新工艺、可靠性和应用创新等方面的最新进展,包含掺钪AlN薄膜研制、AlN薄膜多层结构、AlScN薄膜性能、AlN薄膜制备;体声波(BAW)谐振器与固体安装谐振器(SMR)、薄膜体声波谐振器(FBAR)和薄膜压电MEMS、轮廓模式谐振器(即兰姆波谐振器)、混合谐振器、AlN压电微机械超声换能器(PMUT)等结构创新;有利于CMOS集成,批量高可靠,压电AlN薄膜的晶圆量产,AlScN器件工艺优化;AlN MEMS热疲劳和抗辐照;谐振器与滤波器、能量收集器、物质和生物传感与检测、指纹传感器、图像器和麦克风、通信、微镜传感、柔性传感等方面研究成果。分析和评价了压电AlN MEMS关键技术进步和发展态势。

压电AlN MEMS的新进展

Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN薄膜具有较好的压电性能,与CMOS工艺相兼容,压电AlN MEMS首先在手机应用的射频谐振器、滤波器方面取得突破,实现量产,近年来压电AlN MEMS已成为MEMS技术创新发展的热点。介绍了压电AlN MEMS在掺杂薄膜材料制备、新器件结构设计、新工艺、可靠性和应用创新等方面的最新进展,包含掺钪AlN薄膜研制、AlN薄膜多层结构、AlScN薄膜性能、AlN薄膜制备;体声波(BAW)谐振器与固体安装谐振器(SMR)、薄膜体声波谐振器(FBAR)和薄膜压电MEMS、轮廓模式谐振器(即兰姆波谐振器)、混合谐振器、AlN压电微机械超声换能器(PMUT)等结构创新;有利于CMOS集成,批量高可靠,压电AlN薄膜的晶圆量产,AlScN器件工艺优化;AlN MEMS热疲劳和抗辐照;谐振器与滤波器、能量收集器、物质和生物传感与检测、指纹传感器、图像器和麦克风、通信、微镜传感、柔性传感等方面研究成果。分析和评价了压电AlN MEMS关键技术进步和发展态势。

薄壁铝锂合金材料弹性模量双模式超声体波测量方法研究

弹性模量是航空航天结构静力试验中关键的力学性能参数,能否对其进行快速、准确、无损地测量直接关系结构承载性能的表征及优化。超声法是测量材料力学性能参数的有效方法之一,然而对于薄壁结构,该方法存在回波重叠、传感器频繁更换、脉冲占宽大等问题,导致测量繁琐、精度低。针对该问题,提出了基于声耦合块的双模式超声体波测量薄板弹性模量的方法,并建立了脉冲反射式超声测量模型,分析了超声纵、横波在延迟块和薄板中的传播特性。在验证试验中,采用铝锂合金设计了厚度为3mm的标准拉伸试样,并分别进行了拉伸试验以及超声测量试验。结果表明,所建立的有限元模型能准确模拟声波在延迟块与薄壁材料中的传播过程,可有效指导薄板多次底波的识别;所提出的测量方法可准确表征材料弹性模量,与静态拉伸法相比偏差小于3%。

钢-铅粘接结构的粘接强度对超声体波反射与透射特性的影响

针对多层异种金属粘接结构中粘接强度的超声检测与表征困难的问题,采用线性弹簧模型和等效弹性模量模型来分别表征界面粘附强度和内聚强度,推导了超声体波斜入射N层粘接结构的反射与透射系数表达式。通过在不同入射面和入射声波模式等条件下,同时连续改变两种参数来系统研究粘接层界面粘附强度与内聚强度变化对超声波反射与透射特性的影响关系,确定了能够敏感表征粘接强度的超声参量,为粘接强度的无损检测与评价提供理论依据。

超声辐照下甲基丙烯酸甲酯本体聚合反应的研究

超声波作为一种新型能源,用以甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体的本体聚合的反应.研究了超声波频率,超声波辐照时间,超声场温度,引发剂用量对MMA单体转化率的影响.结果表明:该研究范围内,超声波不能直接引发MMA单体产生自由基,进行本体聚合.超声波的频率对MMA单体的转率有一定的影响,在频率为35 kHz的超声波辐照下,对提高MMA单体转化率的作用最大.随着超声波辐照时间的增加,MMA单体的转化率随而增大.超声波辐照下,MMA单体的转化率随聚合反应温度越高而增大.引发剂用量增加,MMA单体的转化率增大.

基于超声波的食盐溶液物性的研究

利用超声波在水中的传播特性测得水密度,其相对误差为0.51%。与传统方法相比,该法具有原理简单,操作方便,精确度较高等优点。配制了45种不同浓度的食盐溶液,计算出每种溶液的密度、体积模量和超声波的传播速度,并分别给出声速与溶液浓度、密度、体积模量之间的线性定标公式。

声学法测棒材体积模量的自动识别算法

提出了利用超声波法测量材料体积模量的自动识别目标点算法。针对不同棒状材料,使用超声波纵波直探头测量直达纵波时间和变形横波产生的延时纵波到达的时间计算超声波在该种材料中的横波声速和纵波声速,并得到其体积模量。在分析不同材质和尺寸对于特征点位置影响的基础上,设计了自动搜索算法替代手动闸门截取波形寻找特征点,从而简化了超声波测量体积模量的步骤。对于长径比在5∶1左右的钢和铝等金属试件测量不确定度在1%以下,相同尺寸的有机玻璃和尼龙等非金属试件不确定度在3%以下。

残余应力对激光激发超声表面波技术检测二氧化硅体材料杨氏模量的影响

在理想理论模型中引入了包含残余应力的等效弹性常数,建立了二氧化硅的半无限大残余应力理论计算模型。研究了残余应力对激光激发超声表面波检测二氧化硅体材料杨氏模量的影响,并提出了误差判断依据。结果表明,当二氧化硅体材料的残余压应力小于900 MPa时,相对误差小于5%,残余应力的影响可以忽略;当残余压应力大于900 MPa时,相对误差大于5%,此时应考虑残余应力的影响。