涂层和陶瓷基复合材料的无损检测方法与流程

本发明涉及无损检测方法，并且具体涉及涂层系统和陶瓷基复合材料的无损检测方法。

背景技术：

有各种检测方法可用于检测材料中的缺陷迹象(物)(indications)。这些迹象物是材料中的异常，并且如果异常严重到足以在构成材料的部件的寿命期间被归类为问题，则可将它们归类为缺陷。当迹象物不严重时，它们可被归类为可接受的异常，这是因为它们的尺寸和形状已被评估并且被认为不会影响部件在其使用寿命期间的操作。

存在各种检测技术可用。这些检测技术中的一些包括：目视检测，涡流检测，液体渗透检测，磁粉检测，超声波检测和射线照相检测。这些技术中的每一种都具有其优点和局限性，并且通常将这些检测技术中的超过一种一起用于检测和评估部件中的异常。

这些检测技术中最古老的是目视检测。显然，目视检测用来评估部件的暴露表面，且能够揭示在物体外部的肉眼可见的迹象物。目视检测的局限性在于：它不能揭示在被检测物体外部表面下方以及隐藏在视线之外的迹象物。目视检测也可能无法解析可能对物体外表面开放的非常小的迹象物。

液体渗透检测利用施加到物体表面的显眼的流体液体。通过毛细管作用将这种显眼的液体吸入任何表面开口。将表面擦拭干净并将具有与该液体颜色形成对比的颜色的粉末材料施加到物体的表面上，粉末再次通过毛细管作用将已经渗透进开口中的显眼的液体吸引到表面上。吸回到表面的液体渗透剂的量反映出迹象物的尺寸或体积。液体渗透检测的局限性在于：这些(缺陷)迹象物必须对表面敞开，且相当小，开口紧贴表面，这是因为当表面擦拭干净时，浅且大的缺陷迹象物会使渗透剂被去除。当然，通常通过目视检测来检测浅且大的迹象物，对液体渗透检测进行弥补。

涡流检测施加电流在物体整个表面上。涡流检测的优点在于：它可以检测不对表面敞开的表面下迹象物。涡流技术的局限性在于：它只能检测被检测物体表面附近的迹象物(称为近表面迹象物)，这是因为涡流是表面电流，不会渗透到物体内部。

磁粉检测利用悬浮在高度可见的载体溶液中的微细磁粉。磁粉检测仅限于铁制品。将保持悬浮颗粒的溶液施加到待检测制品的表面上，并且通过毛细管作用将载体溶液和磁粉吸入表面的任何开口中，这类似于液体渗透检测。从制品表面除去过量溶液，并且通常在至少两个方向上，优选互相垂直地向制品表面施加电流。电流导致穿过任何表面开口(并且在一些情况下，在表面开口附近)形成磁场，其将一些颗粒和可见溶液吸引到表面。通常，该溶液是荧光溶液，并且检测利用紫外线或不可见光(blacklight)照射表面，使得更容易看到荧光溶液。磁粉渗透检测的局限性在于：待检测的制品必须是可磁化的，通常是铁的，迹象物必须对表面敞开，并且迹象物必须相当小，这是因为当将过量渗透剂从表面中除去时浅且大的迹象物将会使渗透剂被去除。当然，通常通过目视检测来检测浅且大的迹象物。另外，当技术人员使用接触电极将电流施加到制品的表面时，存在下述可能：如果技术人员不进行看护的话，则引弧(arcstrike)可能会发生在制品表面。在某些应用中，这些引弧可视为损伤。

射线照相检测利用x射线，基于各迹象物和各基础材料之间的密度差来检测制品中的异常迹象物。当迹象物不能检测到并且基础材料和迹象物之间的密度差很大时，这种检测技术通常是非常有用的。例如，射线照相检测可用于检测制品中的裂缝或孔隙、或焊接中的钨夹杂物。这种检测技术利用高能量、短波长的电磁辐射，该电磁辐射以不同的速率通过不同的材料。更多的高能量波会被致密材料吸收，因此诸如钨之类的材料不会允许波以与例如会让所有波透过的孔隙或裂缝时相同量通过。检测器测量传输的波，并可以精确确定密度差。局限性在于：射线照相检测对于检测多相材料(例如沉淀硬化材料)中的缺陷不是非常有用。沉淀物通常具有与基础材料不同的密度，并且颗粒的相对均匀分布使得其很难辨别基础材料中的迹象物并将其与沉淀物区分开。另外，当垂直于入射x射线的方向而取向时，平坦或板状迹象物也难以被检测出，特别是当与被检测材料的总厚度相比，迹象物的厚度较小时。然而，当可以从多个方向检测材料时，这种迹象物会容易被检测到，这是因为当从一个方向接近时会呈现很小厚度的板状迹象物在从第二方向以高角度(优选地，以与第一方向呈45-90°的角度)接近时通常会具有足够的厚度。可以将检测到的迹象物与已建立的标准进行比较，以确定它们的可接受性或去除它们的需要。

超声波检测利用超声波，这些超声波通过金属制品传输以检测迹象物。超声波检测利用在20khz至20mhz频率范围内产生的波长的定时脉冲，并通过被检测材料中的大部分传输。当利用脉冲回波(pulseecho)技术时，波从换能器(transducer)传输，从制品的后表面反射并返回到该换能器。波穿过制品所需的时间量是已知的。在较短时间内返回到换能器的波表示迹象物。通常，反射回换能器的能量的量向操作者提供迹象物的尺寸的概念。当可以从多个方向检测制品时，可以映射检测到的迹象物的尺寸、形状和位置。可对来自迹象物的反射能量的量以及迹象物的尺寸、形状和位置进行关于迹象物的可接受性的测定。超声波检测与表面检测技术(例如液体渗透检测或磁粉检测)一起使用，这是因为超声波检测由于大的前脉冲反射和背面反射而在其解析表面迹象物的能力方面受到限制。这些反射通常很大，以至于它们会掩盖来自可能存在于这些表面或在这些表面附近的迹象物中的任何反射。另外，超声波的频率会限制可以被解析的迹象物的尺寸。超声波检测的局限性之一在于：它可能无法解析所施加的波的路径中的小迹象物，简单地说这是因为小迹象物可能无法反射足够的能量，或者反射能量的量可能不能真实地表示迹象物的尺寸。超声波检测的另一个局限性在于：它不能被用于检测沉淀硬化材料，简单地说这是因为沉淀物反射超声能量，使得其不可能辨别任何异常迹象物并将它们与沉淀物区分开。如果要对这些材料进行检测的话，则必须在沉淀物形成之前完成。类似地，由于反射能量，也不能检测包括多相的材料，例如悬浮在金属基质中的颗粒。超声波技术还需要在换能器/收发器和制品之间的液体耦合剂，这是因为空气是超声能量的不良传送器。然而，至少对于某些波长而言，换能器技术的最新进展已经解决了这个问题。

在现代军用航空器中，部件由陶瓷基复合(cmc)材料制成，以减轻航空器的重量。这些cmc材料形成cmc结构体，这些结构体可在同一应用中代替较重的金属材料。虽然检测技术(例如上述检测技术)可用于测试金属结构体的适当性(adequacy)的用途，但除了目视检测之外，相同的技术不可用于检测航空器结构中使用的cmc结构体中的异常。需要的是一种检测技术，该检测技术可以检测陶瓷基复合结构体中的异常，例如缺少结合、空隙和阻抗差异，这可能表明结构缺陷，因此可以进一步评估结构缺陷以确定其可接受性或修复的必要。

技术实现要素：

提供一种cmc材料和结构体的无损检测方法。该方法包括：用来自脉冲发生器中的电磁脉冲扫描非金属cmc结构体，产生在太赫兹范围内的电磁脉冲。在扫描期间将脉冲顺序地施加到cmc结构体。扫描包括：将脉冲施加至第一位置以第一预定时间段，然后是不产生脉冲的第二时间段。将脉冲发生器定位至第二位置，并且以相同的方式将脉冲施加至第二位置。重复该方法直到完全扫描cmc结构体。无损检测方法对于检测通常用作航空器中的轻质部件的cmc结构体是有用的。

利用在太赫兹范围内的电磁脉冲(即，在200ghz至4thz范围内的电磁脉冲)扫描cmc结构体。电磁脉冲包括在太赫兹范围内的多个频率，并且不限于单个指定频率。在电磁脉冲通过cmc结构体后，将其发送到信号分析器，进行分析和评估。评估还包括确定在不同位置处的cmc结构体的阻抗中是否存在差异。当确定cmc结构体的折射率或阻抗中存在差异时，评估该差异以进一步确定该差异是否影响cmc结构体在其预期应用中使用时存活的能力。

本发明的优点之一是：它提供了一种无损检测cmc结构体的方法。因为检测方法依赖于确定折射率的差异，所以检测方法可用于检测包括第二相的非金属结构体。第二相可为金属的或非金属的。当其他检测技术可行时，该检测技术可与其他检测技术结合使用。此外，当其他检测技术受到限制或无效时，这种检测技术是用于评估cmc结构体(甚至是包括第二相的cmc结构体或陶瓷结构体)的完整性的可用且可靠的工具。

本发明的另一个优点是：可将以信号形式发送到信号分析器的扫描结果存储用于将来评估。

本发明的又一个优点是：当正确实施时，扫描可以确定三维空间中异常的位置。

本发明的又一个优点是：因为扫描使用包含宽范围的频率的脉冲，因此扫描可以将异常解析到大约1密耳(mil)(0.001英寸)。还可对脉冲进行滤波，以便可以在较窄的频带上实施扫描评估，但是在较窄的频带的情况下，可能无法达到1密耳(imil)的分辨率。

结合附图，通过以下对优选实施方式的更详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，附图通过示例的方式示出了本发明的原理。

附图说明

图1示出航空器燃气涡轮发动机排气装置的示例性截面，该装置包括cmc，其上施加有隔热涂层。

图2示出模拟图1的截面的测试板。

图3示出图1和图2中的测试板，其在tbc和cmc的界面处具有有意处理为缺少tbc的缺陷。

图4示出使用本发明的太赫兹测试程序的图2和3的测试板的c-扫描(x-y平面)。

图5示出用于扫描图1的测试板的太赫兹测试设备，其具有图3中所示的预先放置的缺陷。

图6示出通过沿一个轴的缺陷提供数据的垂直扫描，指示可用于使用太赫兹测试的附加数据收集的映射。

具体实施方式

提出了涂层系统和非金属结构体(比如，陶瓷基复合(cmc)材料结构体和聚合物或聚合物基复合材料(pmc)结构体)的无损检测(nondestructiveinspection，ndi)或无损测试(nondestructivetest，ndt)方法。该测试还可用于评估覆盖金属结构体的非金属涂层。该测试方法利用在太赫兹频率范围内的电磁波(下文中称为太赫兹测试)，特别适用于包括具有一个或多个非金属涂层的陶瓷结构体的多层非金属系统。陶瓷结构体本身可包括:多层陶瓷材料，多层cmc材料或包括陶瓷层和cmc层的混合结构体。该测试方法还可用于陶瓷层，该陶瓷层包括在基质内具有基本上均匀分布的颗粒或特征的基质，例如包括被加入以改善其热性能的细孔隙的涂层系统。太赫兹测试还可用于检测非金属材料系统，例如cmc系统，其包括经常与cmc材料结合使用的涂层。然而，可以使用本文所述的测试方法测试包括均匀分布的细颗粒的任何陶瓷涂层，所述细颗粒作为悬浮颗粒添加或形成在陶瓷材料中，其尺寸小于本发明的解析能力。

图1示出航空器燃气涡轮发动机中的结构的截面，该发动机包括隔热涂层(tbc)。尽管图1中所示的涂层是施涂于发动机结构体的tbc，但是施涂于该结构体上的任何其他非金属涂层/多个涂层，无论它是否包括上述尺寸的颗粒，例如耐磨涂层或环境涂层，都可以检测。该结构体10包括与来自发动机的涡轮部分(图中未示出)的热废气接触的(tbc)12。tbc12形成用于来自涡轮的热废气的通路和边界，因此具有高温性能。此外，它还能抵抗通过它的热气流的侵蚀，并且能够抵抗来自热废气的氧化或腐蚀的劣化。tbc12至少形成表皮，并且优选具有足以降低下层结构体所暴露的温度的厚度。此外，tbc还会保护下层cmc免受由与热高速废气接触造成的侵蚀。其它的表皮配置包括在中等温度应用中使用的聚合物和聚合物基复合结构体，其中作为施加于下层结构的tbc起作用的较高温度材料改善了结构体的温度性能。

在图1所示的示例中，cmc结构体14基本上是nextel^tmas-720。nextel^tm是明尼苏达州圣保禄(st.paul，minnesota)的3m的商标。cmc结构体nextel^tmas-720包括用硅铝酸盐浆料浸透的氧化铝-氧化硼-二氧化硅纤维的织物层，其在烧制时形成铝硅酸盐陶瓷基质。当然，针对任何特定系统的cmc的最终选择都取决于系统所需的系统强度、几何设计和厚度。或者，可使用利用氧化物-氧化物cmc材料的cmc结构体14，虽然可用太赫兹技术检测不包括半导体材料(例如碳化硅(sic)纤维)的任何cmc材料或聚合材料或pmc材料。半导体纤维和临界尺寸和/或分布的颗粒如sic在太赫兹范围内变得反射并且不会被太赫兹脉冲穿透。然而，nextel^tmas-720的织物层举例说明本发明的原理。

如上所述，cmc结构体14涂覆有tbc。tbc涂层的功能通常如上所述。虽然可以使用任何tbc涂层，但是覆盖非金属结构体(例如cmc结构体14)的涂层的选择取决于许多因素，包括但不限于涂层将被暴露于的温度、涂层将被暴露于的环境、涂层的可修复性、用于随后的检测和修复的涂层的入径。出于该示例的目的，假设常用的氧化钇稳定的氧化锆(ysz)施加在cmc复合材料上，但本发明不限于此。图1的系统表示航空器结构，其中用于tbc检测的入径不能从热气侧获得，但该入径可从cmc复合材料侧获得。

仍然参考图1，本发明的测试方法不限于非金属材料系统，但可以用于检测包括金属基底的系统的非金属部分。因此，例如，tbc12可为施加在金属基底上的多层tbc涂层，其中金属基底代替cmc复合材料14。在这种情况下，必须具有可接近tbc的可及性以进行太赫兹检测。金属基底可为任何金属，但是在大多数应用中，金属基底包括金属部件，该金属部件具有施加到其上的金属粘合涂层。金属粘合涂层最通常包含mcraly，其中m选自镍(ni)、铁(fe)、钴(co)及它们的组合，其上面施涂有多层tbc。金属基底可为高温合金，例如发动机衬里或钛机身部件，该金属基底对于用于太赫兹测试的太赫兹脉冲是不透明的。因此，当脉冲源(source)和金属结构体的表面彼此平行并各自垂直于入射脉冲时，入射在这种结构体上的太赫兹脉冲通过任何覆盖材料(这里是多层tbc涂层14)从金属材料完全反射回脉冲源。

图2示出具有类似于图1中所示的航空器涡轮结构的截面的测试板30。测试板30用于模拟这样的截面，并且设定用于测试的入径仅可达及cmc复合材料的前表面22，tbc被设定为是不可达及的。在这种情况下，任何入射的太赫兹脉冲仅在遇到指示结构体中的异常的检测中的材料中的阻抗或折射率的变化时才被反射回脉冲源。如果结构体中不存在异常，则太赫兹脉冲穿过结构体、不受阻碍，这是因为当结构体包括施加在cmc复合材料14上的tbc12时，不存在存在以反射脉冲的金属。如图3所示，测试板30包括缺陷36、38、40。缺陷是在tbc/cmc的界面18(参见图1，该界面是tbc和cmc结构体之间的界面)处有意形成的，通过在cmc结构体14上形成缺少tbc12的区域，获得沿着界面18的缺陷36、38和40。cmc结构体14通过图3中的每个缺陷，作为明亮区域可见。包括ysz的tbc12的厚度为约51密耳(0.051英寸)，并且除了缺陷位置之外在截面上基本均匀。下层tbc12和缺陷36、38、40是包括nextel^tmas-720的cmc结构体14。cmc结构体14和tbc涂层结合在一起。cmc结构体的厚度为约86密耳(0.086英寸)。构建测试板以评估太赫兹测试的能力，以检测具有至少一个非金属部件的典型航空器燃气涡轮发动机结构中的缺陷。

通过用在200千兆赫(ghz)(0.2太赫兹)至4太赫兹(thz)的太赫兹频率范围内的脉冲照射测试板30，使用太赫兹测试扫描测试板30。为检测板30而产生的脉冲跨越0.3-3thz的频率范围。该频率范围与超声波检测的不同之处在于，所产生的脉冲是能量的高频电磁脉冲，而不是声波或近声波频带中的能量脉冲。尽管用于太赫兹测试的频率范围是超声波检测和射线照相检测的中间频率范围，但它在下述方面上与这些检测方法中的任何一个都不同：太赫兹测试在测试期间以宽带布置产生多个频率(因此多波长)而不是单个主频率。与超声波检测或射线照相检测不同，生成的太赫兹频率在遇到金属基质时会被完全反射。此外，太赫兹脉冲容易穿透陶瓷材料和cmc，而超声波检测和射线照相法在检测这些材料时，即使有任何用途的话，其用途也是受到限制的。最后，太赫兹测试能够穿透和评估陶瓷材料和cmc，即使在这些材料包括纤维或分散颗粒的分散体时也可，而超声波检测和射线照相检测都可以被纤维或分散颗粒的分散体使得其完全无效，这些纤维或分散颗粒的分散体可以导致入射光束(超声波)的衍射和散射或异常的掩蔽(射线照相法)。

图4是图2和3的测试板30的c-扫描或水平扫描(x-y平面)。扫描记录了太赫兹测试的结果。测试板30的总面积为24平方英寸，“x”方向(图4)上的长度为6英寸，“y”方向上的宽度为4英寸。使用图5中描绘的太赫兹测试设备进行测试。使用包括脉冲发生器和脉冲读取器/分析器的太赫兹扫描器102。所使用的特定模型是可从美国密歇根州安娜堡的api获得的t-ray5000。扫描器102连接到收发器104，收发器104将产生的脉冲通过具有3英寸焦距的镜头传送到测试板30上，并从测试板30接收反射脉冲然后将其返送到扫描器以进行解析和存储。如图5所示，产生脉冲，并使用位于被检材料一侧的收发器接收反射脉冲。本领域技术人员将会认识到，可使用双换能器系统代替图5中所示的收发器。当使用两个换能器时，将换能器放置在正在进行检测的材料或部件的相对侧上。一个换能器施加由信号发生器产生的信号，在相对侧的另一个换能器接收透过材料后的信号，并将接收到的信号返送到信号分析器以进行评价。

在产生图4所示结果的评价中，扫描器或换能器位于测试板30附近，使得提供给测试板30的脉冲垂直地传送到cmc结构体的外表面22，这是因为对于该测试演示，假设与排气系统中的热气流路径相邻的tbc表面不可用于检测。将脉冲传输定时以使得产生初始脉冲，在从接地平面16反射并由收发器104接收之后横穿板30的厚度。脉冲之间的最短时间t由下式确定：

t＝2t/c(等式1)

其中c＝介质中的光速，以及

t表示被检材料的厚度，此处为tbc和cmc材料。可以确定的是，即使当涂层和cmc的总厚度显着增加超过板30的137密耳(0.137英寸)时，脉冲之间所需的最短时间确实是非常短的时间。板30的用于扫描的实际时间闸门是在正面反射的脉冲响应之后的30-50皮秒。使用这些参数扫描测试板30所需的总时间为约12.5分钟。

因为反射发生在界面处，例如在tbc和cmc之间，所以通过测量从初始脉冲产生到从一个或多个层接收反射的时间，使用如下述等式1a所示的等式1的略微修改，可以精确地测定每层的厚度tl：

tl＝2tl/c(等式la)

其中tl是所研究的层的反射脉冲的测量时间。然后可以针对多层系统中的任何层的厚度求解该等式，例如通过信号分析器中的算法，在任何位置。这种测定可能需要测定和减去任何介入层的厚度。

在垂直于表面22的扫描期间将脉冲连续地施加到板30。扫描包括将脉冲施加到称为像素的第一位置以第一预定时间段，然后是不产生脉冲的第二段时间，最短时间由上述等式1确定。每个像素尺寸为0.5x0.5mm。将脉冲发生器定位到第二位置，并且以相同的方式在第二位置施加脉冲。扫描速率为40mm/s。重复该方法直到完全扫描完结构体10。

将每个测试位置处的反射脉冲返送到收发器，并且将每个像素存储为离散的信息单元。因此，根据需要，该存储的信息可永久地用于进一步分析。图4示出根据表示反射脉冲的存储信息创建的扫描试样(coupon)的x-y分析。从表示测试件的x-y平面的c-扫描中可以明显看出，太赫兹测试方法能够再现有意引入到板30中的缺陷36、38、40。cmc结构体14与缺陷36、38和40中的每一个处的空气之间的阻抗变化不同于cmc结构体14和tbc12之间或tbc12与空气之间的阻抗变化，并且这种差异在图4中在有意引入缺陷的每个位置处显示。因为反射脉冲被存储为离散的信息单元，并且可以通过每个脉冲穿过板的时间量来确定从cmc结构体的外表面到缺陷的距离，所以可以收集关于缺陷的进一步信息。图6是可以从表示每个脉冲的存储信息中获得的附加信息的示例。图6包括通过板30作为b-扫描80的垂直表示，其提供在“z”方向上(即在板30的深度内)的缺陷40的表示。所有缺陷36、38、40都在图6的x-y平面90中的c-扫描中示出。x-y平面90的c-扫描包括有刻度的“x”轴92和有刻度的“y”轴94。缺陷40包括点96，该点具有从“x”刻度确定的值157和从“y”刻度确定的值146。点96可以在“x-y”平面的c-扫描中表示为(157,146)。轴62延伸通过点96并平行于“y”轴94并垂直于“x”轴92。因此，轴62延伸穿过平行于“y”轴94的缺陷40并穿过“y”位置146处的点96。对于对应于(157,146)的像素位置(x，y)的时间延迟是由a-扫描64确定的约151皮秒，其提供用峰和谷表示的穿越试样的脉冲的时间标度。该信息在b-扫描80的波点图案66中建立单个点。通过在轴62上绘制每个像素，可以建立沿该轴的缺陷40的形状(如波点图案66所示)，并且可以确定缺陷40在结构体中的深度。沿着轴62的缺陷40的截面在b-扫描80中在“z”方向上(即，在试样30的深度内)被描绘。可以看出，缺陷沿着轴62从“y”位置125延伸到“y”位置162，并具有恒定的深度。对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以创建通过扫描延伸通过平行于“y”轴94的试样的所有“y”轴而完全再现的包括所有缺陷的整个垂直截面和会产生试样30的体积三维表示的相应的a-扫描。再次参照波点图案66，其沿着轴62在垂直方向上显示试样30，缺陷40位于cmc结构体14下方，由亮线68示出，该亮线表示来自cmc和tbc之间的第一界面18的脉冲的反射，除了没有tbc的缺陷40的区域，这导致在该位置的反射发生变化。在大约118皮秒的时间点的线70表示在cmc结构体14的前表面22处的脉冲的反射。从a-扫描64获得的151皮秒的时间延迟表示来自tbc/cmc界面(以及其中缺少tbc的cmc/空气界面)的反射。由于来自cmc/空气界面的反射不同于来自cmc/tbc界面的反射(这是因为这两个界面具有不同的折射率，沿着线68产生不同的对比)，因此缺陷在图像中作为缺失的线段或者与此相反的暗线可见。该缺陷与由线68表示的cmc/tbc涂层界面的深度大致相同，从波点图案66中强烈表明：缺陷40是cmc结构体14下方的空隙，这实际上是因为缺陷是有意放置在这个位置，并且证明了太赫兹测试检测tbc涂层中的空隙和空隙的深度的能力。

图4的进一步评价表明，太赫兹测试在测定包括cmc结构体和tbc涂层的陶瓷材料内的介电常数差异方面是有效的。从图6中可以显而易见的是，当太赫兹脉冲从一种介质传递到相邻介质时，存在一些太赫兹脉冲的反射。这里，根据snell定律，当脉冲从空气进入cmc结构体、从cmc结构体进入tbc(或空气，其中存在缺陷36,38,40)和从tbc进入空气时，将发生反射。但是，解析陶瓷结构体中的阻抗差异的能力为太赫兹测试提供了检测陶瓷结构体缺陷的能力，至少是因为这些缺陷可以通过缺陷(一个或多个)和周围基质之间的阻抗差异来确定。在图3中，可以在cmc材料中看到阻抗的微小差异，用红色表示。这些微小差异表示被认为是整个cmc结构体中的纤维的均匀编织或结构中的一些不均匀性。太赫兹测试可用于检测具有包括颗粒分散体的基质的结构体。这些颗粒可为具有密度比该基质更显着的材料，并且可在加工过程中在基质内形成，或者可有意地添加到基质中。只要颗粒小于太赫兹测试可以解析的最小可分辨尺寸，则颗粒就不应干扰测试，特别是当颗粒均匀或基本均匀地分布在基质内时。因此，以微米测量并且基本上均匀地分布在陶瓷基质内的颗粒应当会提供恒定的阻抗，并且不应通过太赫兹测试来解析各单独颗粒。显然，如果陶瓷材料中的颗粒接近脉冲的分辨率，则颗粒将反射入射的太赫兹脉冲并且将被解析为阻抗方面的变化。缺陷36、38和40是可观察到的，这是因为它们表示在tbc和下层材料之间缺乏结合或存在空隙的积累时预期会有的介电常数方面的差异。

由于太赫兹测试测定陶瓷材料上的介电常数或阻抗方面的差异的能力，因而太赫兹测试应该能够解析以下类型的缺陷(如果存在的话)：空隙、分层、密度差，并且可能能够检测结构体内的非均匀区域和各向异性区域。太赫兹测试的局限性之一在于：用于该测试的电磁脉冲的能量水平不足以穿透可能位于tbc下面的金属表面。然而，该局限性可用于确定异常，例如当将第二相添加到tbc或cmc结构体并且不按预期均匀分布时。即使各单独颗粒可能低于太赫兹测试技术的分辨(解析)能力，但是当足够的颗粒聚集时，聚集位置处的阻抗变化仍可能是可检测的。太赫兹测试应该能够检测这种类型的不均匀性并确定其所在的tbc或cmc结构体内的深度。

因此，可以有效地使用太赫兹测试来单独地或当一起使用时确定cmc结构体和陶瓷涂层的适当性。此外，太赫兹测试可以用于同时评价多层陶瓷、陶瓷系和非金属材料，如图3所示，其中cmc层和tbc层同时被扫描。唯一的局限性在于：太赫兹测试不能穿透反射层，例如金属层或半导体织物或超过临界尺寸的颗粒，因此不能评价这些反射特征下面的非金属层。太赫兹测试可以通过确定材料中介电常数的差异来确定cmc结构体或tbc涂层中是否存在异常。可以评价异常以确定它们是否足以损害它们所附着的结构。可以根据结构体的工程性能来评价cmc结构体中的异常。太赫兹测试可以确定异常，例如形成cmc的层之间的分层或缺乏结合以及层内或层间的空隙和密度差。此外，太赫兹测试可以用于确定异常所在的部件内的精确的层或深度。在tbc中，太赫兹测试可以用于确定tbc与形成基底的邻接材料之间是否存在结合的缺乏或分层。当应用多层tbc时，可以使用太赫兹测试来确定层之间或与基底的分层或缺乏结合。它还可以用于测试cmc结构体或施加的陶瓷涂层中的缺陷，例如空隙、密度差、非均匀区域和各向异性区域。

已经结合航空器涡轮结构描述了太赫兹测试程序，该航空器涡轮结构具有cmc结构体，该cmc结构体具有相邻的tbc或金属基底和覆盖的tbc，例如发动机应用中的发动机排气管。在这些应用中，太赫兹测试法在检测tbc涂层中的异常方面是有效的，并且金属基底将有效地充当前面描述的接地平面，金属基底将脉冲反射回接收器。可以有效地滤除反射脉冲，使得其不会干扰检测到的异常的解释。太赫兹测试法在检测cmc结构体中的缺陷(包括多层cmc结构体中的层之间的分层)以及可能存在于cmc结构体的各个层内的缺陷方面也是有效的。太赫兹测试法也可用于确定陶瓷或cmc结构体的厚度或多层系统中各层的厚度。

由于太赫兹测试法利用在0.2-4thz的太赫兹频率范围内的宽频带而不是单频或窄频带，因此太赫兹测试法能够将结构体中的异常及它们的深度解析为约1密耳(0.001英寸)的大小，分辨率不受单频或窄频带的限制。因为可以分辨0.001英寸的异常，所以优选地，添加到或形成在陶瓷材料中的任何颗粒，例如均匀分布的孔隙或球的尺寸不大于约0.0005英寸(1/2密耳)以避免错误指示和无效测试。然而，只要这些颗粒的尺寸或主要尺寸小于1/2密耳并且保持为微米尺寸，则这应该不成问题。太赫兹测试法在测试具有基本上均匀的截面或逐渐变化的截面的结构体方面是有效的，例如在用于制造cmc结构体和tbc的陶瓷层中使用的结构体。然而，目前，在截面不均匀或轮廓中存在快速变化的情况下，太赫兹测试法不是有效的。这可理解为，因为不均匀的截面和轮廓中的快速变化也是其中材料的阻抗快速变化的区域，即使材料在这些区域中不包括异常。另外，这些非均匀的几何特征可能导致低角度折射和衍射，从而妨碍入射波返回到接收器。

本发明特别适用于在涂层施加到航空器结构的基底上之后检查涂层以及适用于确定cmc结构体的完整性。这允许评价施加的涂层或cmc结构的适当性以执行为其设计的任务。检测允许确定缺陷的存在，例如缺少结合、分层、过多的空隙、大且高密度的颗粒、不均匀的颗粒分布(当颗粒分布是陶瓷(无论是涂层还是cmc结构体)的特征)或可能对涂层的性能有害的其他缺陷，同时具体确定那些应该被修复的区域。本发明还可用于在在从使用中返回后的现役航空器上无损地测试tbc涂层。太赫兹测试是非破坏性(无损)的，可以确定高温使用后这种tbc涂层的适当性。可以检测和分析例如可能发生在多层材料中的分层、表面下的损坏、缺乏结合以及可能由于服务或其他原因引发的且从外部看不到的其他异常，以确定恢复使用的可接受性或是否应该在恢复使用之前进行修复。

虽然参考优选实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元素。另外，在不偏离本发明的实质范围的情况下，可进行许多变型以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，应当理解，本发明不限于作为实施本发明的最佳方式公开的特定实施方式，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。