[发明专利]一种基于太赫兹技术的热障涂层平行裂纹监测方法

权利要求书

1.一种基于太赫兹技术的热障涂层内部平行裂纹监测方法，其特征在于，包括：

步骤S1：利用反射式太赫兹时域光谱系统垂直发射太赫兹脉冲至一完整的热障涂层，得到完整的热障涂层的时域光谱图；

步骤S2：计算完整的热障涂层的陶瓷层的折射率n和厚度D；

步骤S3：取下所述热障涂层，对所述热障涂层预制平行裂纹；

步骤S4：利用所述反射式太赫兹时域光谱系统垂直发射太赫兹脉冲至存在平行裂纹的热障涂层，得到存在平行裂纹的热障涂层的时域光谱图；

步骤S5：在存在平行裂纹的热障涂层的时域光谱图中提取第二次和第三次反射峰的时间差ΔT，根据裂纹宽度计算模型计算出平行裂纹的裂纹宽度ΔD；

步骤S6：结合S4所述的存在平行裂纹的热障涂层的时域光谱图，判断裂纹属于涂层内部平行裂纹还是界面平行裂纹；

步骤S7：根据步骤S6的判断计算平行裂纹上表面与陶瓷层上表面的距离d；

所述计算完整的热障涂层的陶瓷层的折射率n，包括：

步骤S211：利用傅里叶变换分别得到S1所述的时域光谱图中的前三次反射峰的频谱图；

步骤S212：在S211所述的频谱图上分别读取前三次反射峰的光谱强度F_S、F_R1及F_R2；

步骤S213：建立完整的热障涂层的陶瓷层折射率的模型，利用粗糙度仪获取完整的热障涂层的表面粗糙度σ，并将该表面粗糙度σ和S212读取的前三次反射峰的光谱强度F_S、F_R1及F_R2代入，得到陶瓷层的折射率n；

步骤S214：多次重复上述步骤S212和步骤S213，并对折射率n取均值；

所述S2中完整的热障涂层的陶瓷层折射率的模型为：

其中，σ为完整的热障涂层的表面粗糙度，单位：μm；F_S、F_R1及F_R2分别为前三次反射峰的光谱强度，f为S212所述的读取前三次反射峰时所选取的横坐标的频率，取值的频段在0.3-0.5THZ；

所述S2中计算完整的热障涂层的陶瓷层厚度D，包括：

步骤S221：在步骤S1所述的完整的热障涂层的时域光谱图中提取完整的热障涂层的前三次反射峰的时域数据，获取该时域光谱图中相邻两次反射峰的时间延时Δt；

步骤S222：建立完整的热障涂层的陶瓷层厚度及折射率的测量模型，将S221的时域光谱图中相邻两次反射峰的时间延时Δt和S21的热障涂层的陶瓷层的折射率n代入得到完整的热障涂层的陶瓷层厚度D；

所述完整的热障涂层的陶瓷层厚度及折射率的测量模型为：

D为完整的热障涂层的陶瓷层厚度，单位μm；c为光在空气中的传播速度，单位m/s；n为S3的完整的热障涂层的陶瓷层的折射率n；Δt为完整的热障涂层的时域光谱图中相邻两次反射峰的时间差的均值，单位ps；

所述S5中的裂纹宽度计算模型为：

其中，ΔD为平行裂纹的裂纹宽度，单位μm；c为光在空气中的传播速度，单位m/s；ΔT为存在平行裂纹的热障涂层的时域光谱图的第二次和第三次反射峰的时间差ΔT，单位ps；

所述S6中的判断采用菲涅耳方程和朗伯比尔定律进行；且所述步骤S6包括：在存在平行裂纹的热障涂层的时域光谱图中，若第三次反射峰的波峰强度低于第二次反射峰的波峰强度，则裂纹判断为内部平行裂纹；若第三次反射峰的波峰强度高于第二次反射峰的波峰强度，则裂纹判断为界面平行裂纹；

所述S7包括：若裂纹判断为内部平行裂纹，则所述平行裂纹上表面与陶瓷层上表面的距离d为：

其中，c为光在空气中的传播速度，单位m/s；D为S4所述的完整的热障涂层的陶瓷层厚度，单位μm；ΔD为S7所述的裂纹宽度，单位μm；Δt₁₂为S6所述的存在平行裂纹的热障涂层的时域光谱图的第一次反射峰和第二次反射峰的时间差，单位ps；Δt₁₄为太赫兹时域光谱的第一次反射峰和第四次反射峰的时间差，单位ps；

若裂纹判断为界面平行裂纹，则所述平行裂纹上表面与陶瓷层上表面的距离d等于完整的热障涂层的陶瓷层厚度D。