ICS 19.100 CCS V 04 团 体 标 准 T/CSTM 00433 —2023 无损检测 莫来石纤维复合材料胶接界面 太赫兹时域光谱检测方法 Nondestructive testing- Bonding interface of mullite fiber composites- Terahertz time-Domain spectroscopy detection method 2023-09-21 发布 2023-12-21 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00433-2023 I 前 言 本文件参照 GB/T 1.1 —2020 《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规 定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布单位不承担识别专利的责任。 本文件由中国材料与试验标准 化委员会无损检测技术及设备 标准化领域委员会（CSTM/FC94 ）提 出。 本文件由中国材料与试验标准 化委员会无损检测技术及设备 标准化领域委员会（CSTM/FC94 ）归 口。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00433-2023 2 无损检测 莫来石纤维复合材料胶接界面 太赫兹时域光谱检测方法 重要提示： 使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本 文件并未指出所有可能的安全 问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。 1 范围 本文件规定了 莫来石纤维复合材料 胶接界面太赫兹无损检测的 术语和定义、方法原理、一般要求、 检测设备、检测步骤、数据处理、检测结果及评价、检测记录和检测报告 。 本文件适用于 莫来石纤维复合材料 胶接界面太赫兹无损检测， 其他非金属材料的多胶接结构胶接界 面的太赫兹时域光谱检测也可 参照使用。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中， 注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件。 GJB 5304 军用复合材料术语 GB/T 9445 无损检测人员资格鉴定与认证 GB/T 20737 无损检测通用术语和定义 3 术语和定义 GJB 5304 和GB/T 20737 界定的以及下列术语和定义适用于本 文件。 3.1 莫来石纤维复合材料胶接界面 bonding interface of mulli te fiber composite 单件莫来石纤维复合材料胶接组件胶接界面包含莫来石纤维复合材料 -缓冲垫或缓冲垫 -基体间互 相独立的两个胶接界面（胶接界面 I和胶接界面 Ⅱ），如图 1所示。 莫来石纤维复合材料h胶接界面 I缓冲垫莫来石纤维复 合材料内表面 基体外表面 胶接界面 Ⅱ基体 h1 h2 标引序号说明： CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00433-2023 3 胶接界面 Ⅰ——莫来石纤维复合材料内表面与缓冲垫上表面之间 的胶接界面 ； 胶接界面 Ⅱ——基体外表面与缓冲垫下表面之间 的胶接界面。 图1 莫来石纤维复合材料胶接组件示意图 3.2 抽膜法 film extraction method 制作脱粘试块时，在胶接界面 I、胶接界面Ⅱ 中夹杂一定厚度及一定尺寸的聚四氟乙烯布，胶接界 面I和胶接界面 Ⅱ的定义见图 1，在有机硅胶固化完成后，将其抽出用以模拟脱粘缺陷，该方法称为抽 膜法。 3.3 太赫兹时域波形 terahertz time domain waveform 时域是描述数学 函数或物理信号对时间的关系。太赫兹时域波形，指脉冲太赫兹波通过空气或者样 品测量得到的太赫兹电场强度随时间的变化信息。 3.4 飞行时间 time of flight 指脉冲太赫兹波通过一定厚度的样品所经过的时间延迟。 3.5 折射率 refractive index 光在空气中的速度与光在该材料中的速度之比。 3.6 吸收系数 absorption coefficient 吸收系数在本文件中指的是太赫兹波在材料中传播的指数衰减率，一般用  表示，其量纲为 1cm ， 表示光在材料中传播距离 1/d 时，太赫兹信号光强衰减到初始太赫兹信号光强的 1/e 。 3.7 胶接缺陷面积和 sum of bonding defect areas 胶接界面 I或胶接界面 Ⅱ内所有类型缺陷面积的总和。 3.8 缺陷面积占比 percentage of defect area 胶接界面 I或胶接界面 II内所有类型缺陷面积之和与对应胶接界面面积之比。 3.9 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00433-2023 4 厚度均匀性检测 thickness uniformity test 对莫来石纤维复合材料胶接组件胶接界面 I、胶接界面 Ⅱ和综合厚度进行均匀性测量分析，即如图 1 所示，对莫来石纤维复合材料内表面与缓冲垫上表面之间为胶接界面 Ⅰ厚度 1h、基体外表面与缓冲垫下 表面之间为胶接界面 Ⅱ厚度 2h和莫来石纤维复合材料内表面与基体外表面间厚度 h 进行均匀性分析。 4 方法原理 莫来石纤维复合材料 胶接组件太赫兹时域光谱无损检测原理如图 2所示， 其主要由光电导太赫兹发 射器、探测器、飞秒激光器及时间延迟装置组成，飞秒激光入射到光电导天线激发太赫 兹波，通过时间 延迟装置采样探测器接收的太赫兹信号，获得太赫兹脉冲电场的波形。 飞秒激光器 太赫兹共线适配器 太赫兹发射器太赫兹探测器光纤斩波器分束器 高密度聚乙烯透镜时间延迟 装置 图2 太赫兹无损检测原理图 当采用太赫兹时域光谱方法对莫来石纤维复合材料胶接组件进行检测时，当两种介质的光学参数 （一般指折射率）有差异时，太赫兹波在介质的交界面会发生反射及透射，反射部分被探测器接收，透 射部分继续向下传播，如图 3所示为莫来石纤维复合材料胶接组件标准粘接区域太赫兹时域波形。当存 在脱粘、夹杂缺陷时，在对应位置产生对应反射回波，通过分析反射回波可对材料缺陷进行 定量分析。 150 170 190 210 230 250 Time/ps-0.04-0.0200.020.040.060.080.1Amplitude/a.u.12 34 图3 莫来石纤维复合材料胶接组件标准粘接区域太赫兹时域波形 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00433-2023 5 5 一般要求 5.1 检测人员 5.1.1 按本文件实施检测的人员，应按照 GB/T 9445 或合同各方同意的体系进行资格认定，进行岗位培 训和操作授权。 5.1.2 按本文件实施检测的人员，应熟悉所使用的机器人、太赫兹时域光谱无损检测设备器材。 5.1.3 按本文件实施检测的人员，应熟悉被检工件的相关制造工艺过程和工作条件。 5.2 通用检测工艺规程 从事太赫兹时域光谱无损检测的单位应按本文件的要求指 定通用检测工艺规程， 其内容至少应包括 如下要素： a）适用范围； b）依据的标准、法规或其他技术文件； c）检测人员资格要求； d）检测设备和器材； e）被检工件信息及检测前的准备要求； f）检测时机； g）检测方法和检测步骤； h）检测过程和数据分析解释； i）检测结果的评定； j）检测记录、报告和资料存档； k）编制、审核和批准人员； l）编制日期。 6 检测设备 6.1 系统组成 检测系统应能满足太赫兹时域光谱检测的基本要求，通常包括飞秒激光器、太赫兹发射器、太赫兹 接收器、时间延迟模块、高密度聚乙烯（ HDPE）透镜、扫查模块及数据处理软件等。检测系统推荐光 纤集成式太赫兹时域光谱系统，建议时间分辨率≤0.1ps ，探测范围 ≥100ps，光谱范围 0.1THz~2THz 。 6.2 飞秒激光器 飞秒激光器主要用于泵浦和探测太赫兹波， 是系统的核心组成部分， 一般建议使用光纤飞秒激光器， 中心波长 1550nm，脉冲宽度 <100fs，重复频率 >50MHz。 6.3 太赫兹发射器 太赫兹发射器主要用于产生太赫兹辐射， 一般光纤式太赫兹时域光谱系统的太赫兹发射器为光电导 天线，飞秒激光入射至光电导天线产生电子 -空穴对。在外部电场作用下，光生载流子加速运动，进而 向外辐射太赫兹波。 6.4 太赫兹接收器 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00433-2023 6 太赫兹接收器主 要用于探测太赫兹波，它的原理相当于光电导天线向外辐射太赫兹波的逆过程。太 赫兹波与探测飞秒激光同时作用于光电导天线上，使得光生载流子发