表面缺陷无损检测

p style=" line-height: 1.75em " span style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 1 锻件的检测技术要求 /span span style=" line-height: 1.75em " & nbsp /span br/ /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 随着现代科学技术的发展，对产品质量的要求越来越高，特别是航空、航天、核电等重要场合的产品。超声检测作为工件内部缺陷检测的有效手段，以其可靠、灵敏度高等优点，在现代无损检测领域占有重要地位。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 锻件超声检测时，近表面缺陷容易漏检，原因主要是探头盲区，探头盲区与近表面检测有关。此次研究的目标就是寻求解决减小盲区提高近表面缺陷检测灵敏度的技术方法。 br/ /p p style=" line-height: 1.75em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/3a7dc7d4-132d-4167-832c-0c12ec4466e9.jpg" title=" PT160309000023OlRo.jpg" width=" 450" height=" 287" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 450px height: 287px " / /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 2 检测近表面缺陷的实验器材& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 由超声检测知识可知，检测近表面缺陷的常用方法有：双晶探头法、延迟块探头法和水浸法。根据检测方法准备了以下实验器材：& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp strong （1） 超声波探伤仪1台；& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp （2） 探头： /strong /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 双晶直探头，规格为10P10FG5； /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 延迟块探头，规格为10P10； /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 水浸聚焦探头，规格为10P10SJ5DJ。 /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 选用以上探头检测近表面小缺陷，是因为：& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 探头频率高，分辨力好，波长短及脉冲窄，有利于发现小缺陷；& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 探头尺寸小，入射能量低，阻尼较大，脉冲窄，有利于发现小缺陷。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp strong （3） 试块：& nbsp /strong br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 在航空、航天、核电等领域中，重要锻件一般是高强钢，如A-100钢和300M钢，钢的组织都较为均匀。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 如果声速相同、组织相近，超声检测用对比试块可以使用其他的钢种进行代替。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 资料显示，A-100钢的声速约为5750mm/s，300M钢的声速约为5800mm/s。我们现有的超声波试块，实测声速约为5850mm/s，声阻抗与A-100钢和300M钢的声阻抗较为接近。因此，可使用现有的试块进行实验和研究。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 试块编号为：1#，2#，3#；各试块的俯视图均如图1所示，图中的孔均为平底孔，1#，2#，3#试块上的孔到上表面的距离分别为1，2，3mm。试块尺寸见图1。& nbsp br/ /p p style=" line-height: 1.75em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/470f585e-beef-4c52-8ac2-b3f3a68fadef.jpg" title=" 图1.jpg" / /p p style=" line-height: 1.75em text-align: center " 图1 试块的俯视图示意& nbsp /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 3 实验方法& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 3.1 实验1& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 使用10P10FG5双晶探头分别对1#、2#、3#试块进行测试。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 实验结果可见，使用双晶探头能成功检测出2#试块上Φ1.6mm，Φ2mm的平底孔与3#试块上所有的平底孔；但2#试块上Φ0.8mm的平底孔，以及1#试块上所有的平底孔都未能有效地检出。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 从图2分析可知，双晶探头聚焦区限制了2#试块上Φ0.8mm及1#试块上所有平底孔的检出。& nbsp br/ 可以发现：& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 1、只有当缺陷位于聚焦区内，才能得到较高的反射回波，容易被检出。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 2、当缺陷位于聚焦区外，无法被声束扫查到，所以得不到缺陷的回波，因此就很难发现此类缺陷。 br/ /p p style=" line-height: 1.75em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/aa5f1d2e-551e-4702-8026-323dbda22753.jpg" title=" 图2.jpg" / /p p style=" line-height: 1.75em text-align: center " 图2 双晶探头聚焦区示意图& nbsp /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 3.2 实验2& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 为解决实验1中，由于双晶探头聚焦区限制造成的，对2#试块上Φ0.8mm及1#试块上所有平底孔无法检出的问题，改用无聚焦的10P10延迟块探头，对2#试块上Φ0.8mm及1#试块上所有平底孔进行测试。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 实验结果显示，使用延迟块探头能成功检测出2#试块上Φ0.8mm及1#试块上所有的平底孔。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 3.3 实验3& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 实验1和实验2都是利用直接接触法进行检测，实验3使用10P10SJ5DJ水浸聚焦探头，利用水浸法分别对1#、2#、3#试块进行测试，结果未能检测出1#、2#、3#试块上所有的平底孔。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 究其原因是因为：水/钢之间介质的声阻抗不同，造成水/钢产生界面波；并且超声波从水中经过，水对超声的衰减，造成了超声能量的降低；这样，需要提高脉冲发射强度来解决。但脉冲发射强度提高的同时，脉冲自身又变宽了，造成近场干扰加大；因此，在声束由水进入钢时声束又会形成发散，无法分辨接近表面的小缺陷，也就未能检测出试块中的平底孔。& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 4 总结& nbsp br/ & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 总结一下，我们发现：对于近表面小缺陷的检测，为了兼顾检测灵敏度和检测盲区，采用高频窄脉冲延迟块探头的检测效果最佳。高频窄脉冲延迟块探头才是近表面小缺陷检测的紧箍咒，使它无所遁形。 br/ /p p style=" line-height: 1.75em text-align: right " 节选自《无损检测》2015年第37卷第5期 br/ /p p br/ /p

进入赤霄科技，墙上几个大字格外吸引眼球，&ldquo 专注一件事 表面缺陷机器视觉智能检测系统设备&rdquo 。这家专注于表面缺陷检测系统研发的高科技公司在经历近2年的投入研发后，终于获得回报，公司研发的产品由于性价比高，受到市场推崇，王暾终于舒了口气。2011年，王暾放弃留美读博的机会，毅然决然回国创业，这样的决定曾遭受了不少亲朋好友的反对。 　　&ldquo 当时根本没有人理解我。&rdquo 王暾回忆。在老师眼里，王暾留美读博再适合不过，由于他放弃这样值得珍惜的机会，以至于恩师&ldquo 反目&rdquo ，&ldquo 你放弃读博的话，就不用回国见我了。&rdquo 每每回想起这样的场景，除了无奈之外，王暾想得更多的是怎么样把项目做好。 　　2009年，针对众多企业的技术需求，王暾建立了一个技术交易平台。&ldquo 我建立这个技术平台的另外一个重要目的，就是想让所有学技术的人员能在这个技术平台发挥自己最大的才能。&rdquo 王暾介绍。 　　技术平台的建设难度远超过王暾的想象，资金来源成了平台建设难以逾越的鸿沟。经历了1年多的摸索后，王暾决定先放弃技术平台的建设转向技术开发。 　　2012年，杭州赤霄科技有限公司正式成立。经历了近两年的研发，无纺布表面缺陷检测系统等3款产品相继面世。2014年上半年，赤霄科技系统设备销售额达到300万，一举扭转只投入，无产出的局面，公司逆转亏损开始盈利。2014年一整年，赤霄科技的年产值预计将达到500余万。 　　据赤霄科技的王经理介绍，表面缺陷检测系统的研发在国内还处于起步阶段，专注于这一领域的公司也是屈指可数，能在这一行业立足，靠的是技术。 　　另一方面，赤霄科技在产品的价格上也占足了优势。王暾介绍，德国的同类产品，售价高达80万，而赤霄的同款产品售价20万，更容易被国内的中小企业接受。 　　由于产品市场效益良好，赤霄科技成了一些风投公司的香馍馍，&ldquo 未来两年，公司会进行融资，并扩大生产。当然，把公司发展成上市公司是我的目标。&rdquo 王暾笑着说。

摘要晶圆表面缺陷检测在半导体制造中对控制产品质量起着重要作用，已成为计算机视觉领域的研究热点。然而，现有综述文献中对晶圆缺陷检测方法的归纳和总结不够透彻，缺乏对各种技术优缺点的客观分析和评价，不利于该研究领域的发展。本文系统分析了近年来国内外学者在晶圆表面缺陷检测领域的研究进展。首先，介绍了晶圆表面缺陷模式的分类及其成因。根据特征提取方法的不同，目前主流的方法分为三类：基于图像信号处理的方法、基于机器学习的方法和基于深度学习的方法。此外，还简要介绍了代表性算法的核心思想。然后，对每种方法的创新性进行了比较分析，并讨论了它们的局限性。最后，总结了当前晶圆表面缺陷检测任务中存在的问题和挑战，以及该领域未来的研究趋势以及新的研究思路。1.引言硅晶圆用于制造半导体芯片。所需的图案是通过光刻等工艺在晶圆上形成的，是半导体芯片制造过程中非常重要的载体。在制造过程中，由于环境和工艺参数等因素的影响，晶圆表面会产生缺陷，从而影响晶圆生产的良率。晶圆表面缺陷的准确检测，可以加速制造过程中异常故障的识别以及制造工艺的调整，提高生产效率，降低废品率。晶圆表面缺陷的早期检测往往由经验丰富的检测人员手动进行，存在效率低、精度差、成本高、主观性强等问题，不足以满足现代工业化产品的要求。目前，基于机器视觉的缺陷检测方法[1]在晶圆检测领域已经取代了人工检测。传统的基于机器视觉的缺陷检测方法往往采用手动特征提取，效率低下。基于计算机视觉的检测方法[2]的出现，特别是卷积神经网络等神经网络的出现，解决了数据预处理、特征表示和提取以及模型学习策略的局限性。神经网络以其高效率、高精度、低成本、客观性强等特点，迅速发展，在半导体晶圆表面缺陷检测领域得到广泛应用。近年来，随着智能终端和无线通信设施等电子集成电路的发展，以及摩尔定律的推广，在全球对芯片的需求增加的同时，光刻工艺的精度也有所提高。随着技术的进步，工艺精度已达到10纳米以下[5]。因此，对每个工艺步骤的良率提出了更高的要求，对晶圆制造中的缺陷检测技术提出了更大的挑战。本文主要总结了晶圆表面缺陷检测算法的相关研究，包括传统的图像处理、机器学习和深度学习。根据算法的特点，对相关文献进行了总结和整理，对晶圆缺陷检测领域面临的问题和挑战进行了展望和未来发展。本文旨在帮助快速了解晶圆表面缺陷检测领域的相关方法和技能。2. 晶圆表面缺陷模式在实际生产中，晶圆上的缺陷种类繁多，形状不均匀，增加了晶圆缺陷检测的难度。在晶圆缺陷的类型中，无图案晶圆缺陷和图案化晶圆缺陷是晶圆缺陷的两种主要形式。这两类缺陷是芯片故障的主要原因。无图案晶圆缺陷多发生在晶圆生产的预光刻阶段，即由机器故障引起的晶圆缺陷。划痕缺陷如图1a所示，颗粒污染缺陷如图1b所示。图案化晶圆缺陷多见于晶圆生产的中间工序。曝光时间、显影时间和烘烤后时间不当会导致光刻线条出现缺陷。螺旋激励线圈和叉形电极的微纳制造过程中晶圆表面产生的缺陷如图2所示。开路缺陷如图2 a所示，短路缺陷如图2 b所示，线路污染缺陷如图2 c所示，咬合缺陷如图2d所示。图1.（a）无图案晶圆的划痕缺陷；（b）无图案晶圆中的颗粒污染。图2.（a）开路缺陷，（b）短路缺陷，（c）线路污染，以及（d）图案化晶圆缺陷图中的咬合缺陷。由于上述晶圆缺陷的存在，在对晶圆上所有芯片进行功能完整性测试时，可能会发生芯片故障。芯片工程师用不同的颜色标记测试结果，以区分芯片的位置。在不同操作过程的影响下，晶圆上会产生相应的特定空间图案。晶圆图像数据，即晶圆图，由此生成。正如Hansen等在1997年指出的那样，缺陷芯片通常具有聚集现象或表现出一些系统模式，而这种缺陷模式通常包含有关工艺条件的必要信息。晶圆图不仅可以反映芯片的完整性，还可以准确描述缺陷数据对应的空间位置信息。晶圆图可能在整个晶圆上表现出空间依赖性，芯片工程师通常可以追踪缺陷的原因并根据缺陷类型解决问题。Mirza等将晶圆图缺陷模式分为一般类型和局部类型，即全局随机缺陷和局部缺陷。晶圆图缺陷模式图如图3所示，局部缺陷如图3 a所示，全局随机缺陷如图3b所示。全局随机缺陷是由不确定因素产生的，不确定因素是没有特定聚类现象的不可控因素，例如环境中的灰尘颗粒。只有通过长期的渐进式改进或昂贵的设备大修计划，才能减少全局随机缺陷。局部缺陷是系统固有的，在晶圆生产过程中受到可控因素的影响，如工艺参数、设备问题和操作不当。它们反复出现在晶圆上，并表现出一定程度的聚集。识别和分类局部缺陷，定位设备异常和不适当的工艺参数，对提高晶圆生产良率起着至关重要的作用。图3.（a）局部缺陷模式（b）全局缺陷模式。对于面积大、特征尺寸小、密度低、集成度低的晶圆图案，可以用电子显微镜观察光刻路径，并可直接进行痕量检测。随着芯片电路集成度的显著提高，进行芯片级检测变得越来越困难。这是因为随着集成度的提高，芯片上的元件变得更小、更复杂、更密集，从而导致更多的潜在缺陷。这些缺陷很难通过常规的检测方法进行检测和修复，需要更复杂、更先进的检测技术和工具。晶圆图研究是晶圆缺陷检测的热点。天津大学刘凤珍研究了光刻设备异常引起的晶圆图缺陷。针对晶圆实际生产过程中的缺陷，我们通过设备实验对光刻胶、晶圆粉尘颗粒、晶圆环、划痕、球形、线性等缺陷进行了深入研究，旨在找到缺陷原因，提高生产率。为了确定晶圆模式失效的原因，吴明菊等人从实际制造中收集了811,457张真实晶圆图，创建了WM-811K晶圆图数据集，这是目前应用最广泛的晶圆图。半导体领域专家为该数据集中大约 20% 的晶圆图谱注释了八种缺陷模式类型。八种类型的晶圆图缺陷模式如图4所示。本综述中引用的大多数文章都基于该数据集进行了测试。图4.八种类型的晶圆映射缺陷模式类型：（a）中心、（b）甜甜圈、（c）边缘位置、（d）边缘环、（e）局部、（f）接近满、（g）随机和（h）划痕。3. 基于图像信号处理的晶圆表面缺陷检测图像信号处理是将图像信号转换为数字信号，再通过计算机技术进行处理，实现图像变换、增强和检测。晶圆检测领域常用的有小波变换（WT）、空间滤波（spatial filtering）和模板匹配（template matching）。本节主要介绍这三种算法在晶圆表面缺陷检测中的应用。图像处理算法的比较如表1所示。表 1.图像处理算法的比较。模型算法创新局限小波变换 图像可以分解为多种分辨率，并呈现为具有不同空间频率的局部子图像。防谷物。阈值的选择依赖性很强，适应性差。空间滤波基于空间卷积，去除高频噪声，进行边缘增强。性能取决于阈值参数。模板匹配模板匹配算法抗噪能力强，计算速度快。对特征对象大小敏感。3.1. 小波变换小波变换（WT）是一种信号时频分析和处理技术。首先，通过滤波器将图像信号分解为不同的频率子带，进行小波分解 然后，通过计算小波系数的平均值、标准差或其他统计度量，分析每个系数以检测任何异常或缺陷。异常或缺陷可能表现为小波系数的突然变化或异常值。根据分析结果，使用预定义的阈值来确定信号中的缺陷和异常，并通过识别缺陷所在的时间和频率子带来确定缺陷的位置。小波分解原理图如图5所示，其中L表示低频信息，H表示高频信息。每次对图像进行分解时，图像都会分解为四个频段：LL、LH、HL 和 HH。下层分解重复上层LL带上的分解。小波变换在晶圆缺陷特征的边界处理和多尺度边缘检测中具有良好的性能。图5.小波分解示意图。Yeh等提出了一种基于二维小波变换（2DWT）的方法，该方法通过修正小波变换模量（WTMS）计算尺度系数之间的比值，用于晶圆缺陷像素的定位。通过选择合适的小波基和支撑长度，可以使用少量测试数据实现晶圆缺陷的准确检测。图像预处理阶段耗费大量时间，严重影响检测速度。Wen-Ren Yang等提出了一种基于短时离散小波变换的晶圆微裂纹在线检测系统。无需对晶圆图像进行预处理。通过向晶圆表面发射连续脉冲激光束，通过空间探针阵列采集反射信号，并通过离散小波变换进行分析，以确定微裂纹的反射特性。在加工的情况下，也可以对微裂纹有更好的检测效果。多晶太阳能硅片表面存在大量随机晶片颗粒，导致晶圆传感图像纹理不均匀。针对这一问题，Kim Y等提出了一种基于小波变换的表面检测方法，用于检测太阳能硅片缺陷。为了更好地区分缺陷边缘和晶粒边缘，使用两个连续分解层次的小波细节子图的能量差作为权重，以增强每个分解层次中提出的判别特征。实验结果表明，该方法对指纹和污渍有较好的检测效果，但对边缘锋利的严重微裂纹缺陷无效，不能适用于所有缺陷。3.2. 空间过滤空间滤波是一种成熟的图像增强技术，它是通过直接对灰度值施加空间卷积来实现的。图像处理中的主要作用是图像去噪，分为平滑滤镜和锐化滤镜，广泛应用于缺陷检测领域。图6显示了图像中中值滤波器和均值滤波器在增加噪声后的去噪效果。图6.滤波去噪效果图：（a）原始图像，（b）中值滤波去噪，（c）均值滤光片去噪。Ohshige等提出了一种基于空间频率滤波技术的表面缺陷检测系统。该方法可以有效地检测晶圆上的亚微米缺陷或异物颗粒。晶圆制造中随机缺陷的影响。C.H. Wang提出了一种基于空间滤波、熵模糊c均值和谱聚类的晶圆缺陷检测方法，该方法利用空间滤波对缺陷区域进行去噪和提取，通过熵模糊c均值和谱聚类获得缺陷区域。结合均值和谱聚类的混合算法用于缺陷分类。它解决了传统统计方法无法提取具有有意义的分类的缺陷模式的问题。针对晶圆中的成簇缺陷，Chen SH等开发了一种基于中值滤波和聚类方法的软件工具，所提算法有效地检测了缺陷成簇。通常，空间过滤器的性能与参数高度相关，并且通常很难选择其值。3.3. 模板匹配模板匹配检测是通过计算模板图像与被测图像之间的相似度来实现的，以检测被测图像与模板图像之间的差异区域。Han H等从晶圆图像本身获取的模板混入晶圆制造工艺的设计布局方案中，利用物理空间与像素空间的映射，设计了一种结合现有圆模板匹配检测新方法的晶圆图像检测技术。刘希峰结合SURF图像配准算法，实现了测试晶圆与标准晶圆图案的空间定位匹配。测试图像与标准图像之间的特征点匹配结果如图7所示。将模式识别的轮廓提取技术应用于晶圆缺陷检测。Khalaj等提出了一种新技术，该技术使用高分辨率光谱估计算法提取晶圆缺陷特征并将其与实际图像进行比较，以检测周期性2D信号或图像中不规则和缺陷的位置。图7.测试图像与标准图像之间的特征点匹配结果。下接：晶圆表面缺陷检测方法综述【下】

上接：晶圆表面缺陷检测方法综述【上】4. 基于机器学习的晶圆表面缺陷检测机器学习主要是将一个具体的问题抽象成一个数学模型，通过数学方法求解模型，求解该问题，然后评估该模型对该问题的影响。根据训练数据的特点，分为监督学习、无监督学习和半监督学习。本文主要讨论这三种机器学习方法在晶圆表面缺陷检测中的应用。机器学习模型比较如表2所示。表 2.机器学习算法的比较。分类算法创新局限监督学习KNN系列对异常数据不敏感，准确率高。复杂度高，计算强度高。决策树-Radon应用Radon以形成新的缺陷特征。过拟合非常熟练。SVMSVM 可对多变量、多模态和不可分割的数据点进行高效分类。它对多个样本不友好，内核函数难以定位。无监督学习多层感知器聚类算法采用多层感知器增强特征提取能力。取决于激活函数的选择。DBSCAN可以根据缺陷模式特征有选择地去除异常值。样本密度不均匀或样本过大，收敛时间长，聚类效果差。SOM高维数据可以映射到低维空间，保持高维空间的结构。目标函数不容易确定。半监督学习用于增强标记的半监督框架将监督集成学习与无监督SOM相结合，构建了半监督模型。培训既费时又费时。半监督增量建模框架通过主动学习和标记样本来增强模型性能，从而提高模型性能。性能取决于标记的数据量。4.1. 监督学习监督学习是一种学习模型，它基于该模型对所需的新数据样本进行预测。监督学习是目前晶圆表面缺陷检测中广泛使用的机器学习算法，在目标检测领域具有较高的鲁棒性。Yuan，T等提出了一种基于k-最近邻（KNN）的噪声去除技术，该技术利用k-最近邻算法将全局缺陷和局部缺陷分离，提供晶圆信息中所有聚合的局部缺陷信息，通过相似聚类技术将缺陷分类为簇，并利用聚类缺陷的参数化模型识别缺陷簇的空间模式。Piao M等提出了一种基于决策树的晶圆缺陷模式识别方法。利用Radon变换提取缺陷模式特征，采用相关性分析法测度特征之间的相关性，将缺陷特征划分为特征子集，每个特征子集根据C4.5机制构建决策树。对决策树置信度求和，并选择总体置信度最高的类别。决策树在特定类别的晶圆缺陷检测中表现出更好的性能，但投影的最大值、最小值、平均值和标准差不足以代表晶圆缺陷的所有空间信息，因此边缘缺陷检测性能较差。支持向量机（SVM）在监督学习中也是缺陷检测的成熟应用。当样本不平衡时，k-最近邻算法分类效果较差，计算量大。决策树也有类似的问题，容易出现过度拟合。支持向量机在小样本和高维特征的分类中仍然具有良好的性能，并且支持向量机的计算复杂度不依赖于输入空间的维度，并且多类支持向量机对过拟合问题具有鲁棒性，因此常被用作分类器。R. Baly等使用支持向量机（SVM）分类器将1150张晶圆图像分为高良率和低良率两类，然后通过对比实验证明，相对于决策树，k-最近邻（KNN）、偏最小二乘回归（PLS回归）和广义回归神经网络（GRNN），非线性支持向量机模型优于上述四种晶圆分类方法。多类支持向量机在晶圆缺陷模式分类中具有更好的分类精度。L. Xie等提出了一种基于支持向量机算法的晶圆缺陷图案检测方案。采用线性核、高斯核和多项式核进行选择性测试，通过交叉验证选择测试误差最小的核进行下一步的支持向量机训练。支持向量机方法可以处理图像平移或旋转引起的误报问题。与神经网络相比，支持向量机不需要大量的训练样本，因此不需要花费大量时间训练数据样本进行分类。为复合或多样化数据集提供更强大的性能。4.2. 无监督学习在监督学习中，研究人员需要提前将缺陷样本类型分类为训练的先验知识。在实际工业生产中，存在大量未知缺陷，缺陷特征模糊不清，研究者难以通过经验进行判断和分类。在工艺开发的早期阶段，样品注释也受到限制。针对这些问题，无监督学习开辟了新的解决方案，不需要大量的人力来标记数据样本，并根据样本之间的特征关系进行聚类。当添加新的缺陷模式时，无监督学习也具有优势。近年来，无监督学习已成为工业缺陷检测的重要研究方向之一。晶圆图案上的缺陷图案分类不均匀，特征不规则，无监督聚类算法对这种情况具有很强的鲁棒性，广泛用于检测复杂的晶圆缺陷图案。由于簇状缺陷（如划痕、污渍或局部失效模式）导致难以检测，黄振提出了一种解决该问题的新方法。提出了一种利用自监督多层感知器检测缺陷并标记所有缺陷芯片的自动晶圆缺陷聚类算法（k-means聚类）。Jin C H等提出了一种基于密度的噪声应用空间聚类（DBSCAN）的晶圆图案检测与分类框架，该框架根据缺陷图案特征选择性地去除异常值，然后提取的缺陷特征可以同时完成异常点和缺陷图案的检测。Yuan， T等提出了一种多步晶圆分析方法，该方法基于相似聚类技术提供不同精度的聚类结果，根据局部缺陷模式的空间位置识别出种混合型缺陷模式。利用位置信息来区分缺陷簇有一定的局限性，当多个簇彼此靠近或重叠时，分类效果会受到影响。Di Palma，F等采用无监督自组织映射（SOM）和自适应共振理论（ART1）作为晶圆分类器，对1种不同类别的晶圆进行了模拟数据集测试。SOM 和 ART1 都依靠神经元之间的竞争来逐步优化网络以进行无监督分类。由于ART是通过“AND”逻辑推送到参考向量的，因此在处理大量数据集时，计算次数增加，无法获得缺陷类别的实际数量。调整网络标识阈值不会带来任何改进。SOM算法可以将高维输入数据映射到低维空间，同时保持输入数据在高维空间中的拓扑结构。首先，确定神经元的类别和数量，并通过几次对比实验确定其他参数。确定参数后，经过几个学习周期后，数据达到渐近值，并且在模拟数据集和真实数据集上都表现良好。4.3. 半监督学习半监督学习是一种结合了监督学习和无监督学习的机器学习方法。半监督学习可以使用少量的标记数据和大量的未标记数据来解决问题。基于集成的半监督学习过程如图 8 所示。避免了完全标记样品的成本消耗和错误标记。半监督学习已成为近年来的研究热点。图8.基于集成的半监督学习监督学习通常能获得良好的识别结果，但依赖于样本标记的准确性。晶圆数据样本可能存在以下问题。首先是晶圆样品数据需要专业人员手动标记。手动打标过程是主观的，一些混合缺陷模式可能会被错误标记。二是某些缺陷模式的样本不足。第三，一些缺陷模式一开始就没有被标记出来。因此，无监督学习方法无法发挥其性能。针对这一问题，Katherine Shu-Min Li等人提出了一种基于集成的半监督框架，以实现缺陷模式的自动分类。首先，在标记数据上训练监督集成学习模型，然后通过该模型训练未标记的数据。最后，利用无监督学习算法对无法正确分类的样本进行处理，以达到增强的标记效果，提高晶圆缺陷图案分类的准确性。Yuting Kong和Dong Ni提出了一种用于晶圆图分析的半监督增量建模框架。利用梯形网络改进的半监督增量模型和SVAE模型对晶圆图进行分类，然后通过主动学习和伪标注提高模型性能。实验表明，它比CNN模型具有更好的性能。5. 基于深度学习的晶圆表面缺陷检测近年来，随着深度学习算法的发展、GPU算力的提高以及卷积神经网络的出现，计算机视觉领域得到了定性的发展，在表面缺陷检测领域也得到了广泛的应用。在深度学习之前，相关人员需要具备广泛的特征映射和特征描述知识，才能手动绘制特征。深度学习使多层神经网络能够通过抽象层自动提取和学习目标特征，并从图像中检测目标对象。Cheng KCC等分别使用机器学习算法和深度学习算法进行晶圆缺陷检测。他们使用逻辑回归、支持向量机（SVM）、自适应提升决策树（ADBT）和深度神经网络来检测晶圆缺陷。实验证明，深度神经网络的平均准确率优于上述机器学习算法，基于深度学习的晶圆检测算法具有更好的性能。根据不同的应用场景和任务需求，将深度学习模型分为分类网络、检测网络和分割网络。本节讨论创新并比较每个深度学习网络模型的性能。5.1. 分类网络分类网络是较老的深度学习算法之一。分类网络通过卷积、池化等一系列操作，提取输入图像中目标物体的特征信息，然后通过全连接层，根据预设的标签类别进行分类。网络模型如图 9 所示。近年来，出现了许多针对特定问题的分类网络。在晶圆缺陷检测领域，聚焦缺陷特征，增强特征提取能力，推动了晶圆检测的发展。图 9.分类网络模型结构图在晶圆制造过程中，几种不同类型的缺陷耦合在晶圆中，称为混合缺陷。这些类型的缺陷复杂多变且随机性强，已成为半导体公司面临的主要挑战。针对这一问题，Wang J等提出了一种用于晶圆缺陷分类的混合DPR（MDPR）可变形卷积网络（DC-Net）。他们设计了可变形卷积的多标签输出和一热编码机制层，将采样区域聚焦在缺陷特征区域，有效提取缺陷特征，对混合缺陷进行分类，输出单个缺陷，提高混合缺陷的分类精度。Kyeong和Kim为混合缺陷模式的晶圆图像中的每种缺陷设计了单独的分类模型，并通过组合分类器网络检测了晶圆的缺陷模式。作者使用MPL、SVM和CNN组合分类器测试了六种不同模式的晶圆映射数据库，只有作者提出的算法被正确分类。Takeshi Nakazawa和Deepak V. Kulkarni使用CNN对晶圆缺陷图案进行分类。他们使用合成生成的晶圆图像训练和验证了他们的CNN模型。此外，提出了一种利用模拟生成数据的方法，以解决制造中真实缺陷类别数据不平衡的问题，并达到合理的分类精度。这有效解决了晶圆数据采集困难、可用样品少的问题。分类网络模型对比如表3所示。表3. 分类网络模型比较算法创新Acc直流网络采样区域集中在缺陷特征区域，该区域对混合缺陷具有非常强的鲁棒性。93.2%基于CNN的组合分类器针对每个缺陷单独设计分类器，对新缺陷模式适应性强。97.4%基于CNN的分类检索方法可以生成模拟数据集来解释数据不平衡。98.2%5.2. 目标检测网络目标检测网络不仅可以对目标物体进行分类，还可以识别其位置。目标检测网络主要分为两种类型。第一种类型是两级网络，如图10所示。基于区域提案网络生成候选框，然后对候选框进行分类和回归。第二类是一级网络，如图11所示，即端到端目标检测，直接生成目标对象的分类和回归信息，而不生成候选框。相对而言，两级网络检测精度更高，单级网络检测速度更快。检测网络模型的比较如表4所示。图 10.两级检测网络模型结构示意图图 11.一级检测网络模型结构示意图表4. 检测网络模型比较算法创新AccApPCACAE基于二维主成分分析的级联辊类型自动编码。97.27%\YOLOv3-GANGAN增强了缺陷模式的多样性，提高了YOLOv3的通用性。\88.72%YOLOv4更新了骨干网络，增强了 CutMix 和 Mosaic 数据。94.0%75.8%Yu J等提出了一种基于二维主成分分析的卷积自编码器的深度神经网络PCACAE，并设计了一种新的卷积核来提取晶圆缺陷特征。产品自动编码器级联，进一步提高特征提取的性能。针对晶圆数据采集困难、公开数据集少等问题，Ssu-Han Chen等首次采用生成对抗网络和目标检测算法YOLOv3相结合的方法，对小样本中的晶圆缺陷进行检测。GAN增强了缺陷的多样性，提高了YOLOv3的泛化能力。Prashant P. SHINDE等提出使用先进的YOLOv4来检测和定位晶圆缺陷。与YOLOv3相比，骨干提取网络从Darknet-19改进为Darknet-53，并利用mish激活函数使网络鲁棒性。粘性增强，检测能力大大提高，复杂晶圆缺陷模式的检测定位性能更加高效。5.3. 分段网络分割网络对输入图像中的感兴趣区域进行像素级分割。大部分的分割网络都是基于编码器和解码器的结构，如图12所示是分割网络模型结构示意图。通过编码器和解码器，提高了对目标物体特征的提取能力，加强了后续分类网络对图像的分析和理解。在晶圆表面缺陷检测中具有良好的应用前景。图 12.分割网络模型结构示意图。Takeshi Nakazawa等提出了一种深度卷积编码器-解码器神经网络结构，用于晶圆缺陷图案的异常检测和分割。作者设计了基于FCN、U-Net和SegNet的三种编码器-解码器晶圆缺陷模式分割网络，对晶圆局部缺陷模型进行分割。晶圆中的全局随机缺陷通常会导致提取的特征出现噪声。分割后，忽略了全局缺陷对局部缺陷的影响，而有关缺陷聚类的更多信息有助于进一步分析其原因。针对晶圆缺陷像素类别不平衡和样本不足的问题，Han Hui等设计了一种基于U-net网络的改进分割系统。在原有UNet网络的基础上，加入RPN网络，获取缺陷区域建议，然后输入到单元网络进行分割。所设计的两级网络对晶圆缺陷具有准确的分割效果。Subhrajit Nag等人提出了一种新的网络结构 WaferSegClassNet，采用解码器-编码器架构。编码器通过一系列卷积块提取更好的多尺度局部细节，并使用解码器进行分类和生成。分割掩模是第一个可以同时进行分类和分割的晶圆缺陷检测模型，对混合晶圆缺陷具有良好的分割和分类效果。分段网络模型比较如表5所示。表 5.分割网络模型比较算法创新AccFCN将全连接层替换为卷积层以输出 2D 热图。97.8%SegNe结合编码器-解码器和像素级分类层。99.0%U-net将每个编码器层中的特征图复制并裁剪到相应的解码器层。98.9%WaferSegClassNet使用共享编码器同时进行分类和分割。98.2%第6章 结论与展望随着电子信息技术的不断发展和光刻技术的不断完善，晶圆表面缺陷检测在半导体行业中占有重要地位，越来越受到该领域学者的关注。本文对晶圆表面缺陷检测相关的图像信号处理、机器学习和深度学习等方面的研究进行了分析和总结。早期主要采用图像信号处理方法，其中小波变换方法和空间滤波方法应用较多。机器学习在晶圆缺陷检测方面非常强大。k-最近邻（KNN）、决策树（Decision Tree）、支持向量机（SVM）等算法在该领域得到广泛应用，并取得了良好的效果。深度学习以其强大的特征提取能力为晶圆检测领域注入了活力。最新的集成电路制造技术已经发展到4 nm，预测表明它将继续朝着更小的规模发展。然而，随着这些趋势的出现，晶圆上表面缺陷的复杂性也将增加，对模型的可靠性和鲁棒性提出了更严格的挑战。因此，对这些缺陷的分析和处理对于确保集成电路的高质量制造变得越来越重要。虽然在晶圆表面缺陷分析领域取得了一些成果，但仍存在许多问题和挑战。1、晶圆缺陷的公开数据集很少。由于晶圆生产和贴标成本高昂，高质量的公开数据集很少，为数不多的数据集不足以支撑训练。可以考虑创建一个合成晶圆缺陷数据库，并在现有数据集上进行数据增强，为神经网络提供更准确、更全面的数据样本。由于梯度特征中缺陷类型的多功能性，可以使用迁移学习来解决此类问题，主要是为了解决迁移学习中的负迁移和模型不适用性等问题。目前尚不存在灵活高效的迁移模型。利用迁移学习解决晶圆表面缺陷检测中几个样品的问题，是未来研究的难题。2、在晶圆制造过程中，不断产生新的缺陷，缺陷样本的数量和类型不断积累。使用增量学习可以提高网络模型对新缺陷的识别准确率和保持旧缺陷分类的能力。也可作为扩展样本法的研究方向。3、随着技术进步的飞速发展，芯片特征尺寸越来越小、越来越复杂，导致晶圆中存在多种缺陷类型，缺陷相互折叠，导致缺陷特征不均匀、不明显。增加检测难度。多步骤、多方法混合模型已成为检测混合缺陷的主流方法。如何优化深度网络模型的性能，保持较高的检测效率，是一个亟待进一步解决的问题。4、在晶圆制造过程中，不同用途的晶圆图案会产生不同的缺陷。目前，在单个数据集上训练的网络模型不足以识别所有晶圆中用于不同目的的缺陷。如何设计一个通用的网络模型来检测所有缺陷，从而避免为所有晶圆缺陷数据集单独设计训练模型造成的资源浪费，是未来值得思考的方向。5、缺陷检测模型大多为离线模型，无法满足工业生产的实时性要求。为了解决这个问题，需要建立一个自主学习模型系统，使模型能够快速学习和适应新的生产环境，从而实现更高效、更准确的缺陷检测。原文链接:Electronics | Free Full-Text | Review of Wafer Surface Defect Detection Methods (mdpi.com)

本次网上研讨会着重介绍Lumina Instruments激光扫描仪的功能和应用实例。这个创新性的设备可以用作激光扫描椭偏仪来全表面测量样品上的薄膜厚度分布，又可以扫描各种表面缺陷，比如颗粒,划痕，陷坑，和鼓包等等。更让大家感兴趣的是它能一次扫描检测透明基底上下表面以及基底内部缺陷。主讲人简介:陈博士有近30年的半导体制程控制和光学检测经验。他曾带领开发化学机械研磨设备以及制程终点控制设备。在加盟Lumina Instruments之前他负责Filmetrics全部设备和部分KLA 设备的全球市场开发。会议时间：2021/01/21 11:00-12:00 (北京时间)报名入口：点击进入 会议密码：12121手机一键拨号入会+8675536550000,,501587457#(中国大陆)+85230018898,,,2,501587457#(中国香港)根据您的位置拨号+8675536550000(中国大陆)+85230018898(中国香港)欢迎大家前来收听~~~

36氪获悉，工业视觉方案提供商「玻尔智造」日前获数千万元Pre-A轮融资，领投方为浩澜资本，毅仁资本担任独家财务顾问。本轮融资资金将用于自主光学成像方案和AI技术进一步研发。玻尔智造成立于2020年，结合自研光学方案及AI算法，主要对消费电子产品进行表面缺陷检测。依靠核心技术与缺陷检测效果，如今玻尔智造已成为某消费电子龙头在外观缺陷检测领域的全球专项战略供应商。机器视觉检测此前多应用于面板、PCB、印刷等行业，主要针对单一均匀的二维平面。消费电子产品因存在异形、复杂的三维面等，外观缺陷检测仍主要由人工目检完成。这意味着相当数量的工人需要在高亮度灯光下近距离且长时间观察被检物件，既可能对人眼造成损伤，也存在准确性、稳定性、工作时长等限制。同时，消费电子产品外观缺陷检测存在诸多难点，包括需检测多种表面形态、不同材质、数百种缺陷类别等。以看似简单的手机充电器为例，不仅同时包含塑胶和金属材质，且有平面、弧面、球面等多种表面形态。其他产品如含充电仓的无线耳机等，更存在异形曲面等复杂结构。对此，玻尔智造选择结合自研自控的光学成像方案以及AI图像识别算法，进行整机集成。“打通光学和算法软件的搭配协作，整机才能灵活运用。”玻尔智造CEO&CTO陈志忠告诉36氪。其中，光学方案就像一双眼睛，面对不同材质、曲率、反射率的检测对象，需要综合打光弧度、光源波长等要素，通过光源、镜头、相机的组合应用，实现被检物品的清晰成像。完整的光学方案，需要具备一次成像能力，拍摄速度要跟上产线生产速度，并考虑设备生产和成本核算的可行性。图源企业玻尔智造团队所积累的视觉检测经验，能够在面对不同材质、结构的被检品时，短时间内提出有效的光学整体方案。对于一般方案中的缺陷成像难点，如磨砂面轻微划伤、金属麻点差异成像等，玻尔智造亦有独家技术解决，能够得到清晰、经增强的缺陷图像。基于光学方案得到的清晰影像，玻尔智造检测设备进一步通过AI图像算法对缺陷进行识别。针对部分产品及结构的检测，玻尔智造已与行业龙头客户达成独家量产合作，进一步在实际生产线中积累一手且海量的被检品图像数据库。对于集成了光学方案与软件算法的检测设备整机，玻尔智造采用了模块化设计，包括机械平台、算法平台、光学模块及机械模块。整机设备可根据实际需求对模块进行组合，配合不同产品、厂商的检测要求，以单台设备兼容多款产品检测。部分外观缺陷检测整机设备展示，图源企业面对多面、多材质、多缺陷种类的检测对象，玻尔智造设备能够在2s内完成运动、成像、识别等系列操作，相比30s标准人工工时，时长缩短至1/15。目前，玻尔智造在某龙头客户电源产品检测领域的市占率居于首位，并将拓展更多材质与结构检测，适应更多检测对象的需求。同时，结合客户的全球化布局，玻尔也将进一步开拓印度、越南市场。未来，玻尔智造计划以消费电子行业为根基，依托在中国台湾既有的资源积累，进一步向半导体领域探索，现已能完成10微米级的陶瓷基板检测。玻尔智造新的研发及组装中心将落地上海、诸暨等。玻尔智造团队研发人员占比超60%，CEO&CTO陈志忠为台湾省台湾大学化学所物理化学博士，有20余年集成视觉技术经验，拥有个人发明专利40+，发表SCI 15+，曾作为核心成员带领某台企上市，并曾任某上市工业视觉企业核心研发负责人。团队创始成员曾任职行业内全球五百强企业，具备开拓视觉检测供应商经历，拥有较强先进制造落地经验。投资方观点本轮领投方浩澜资本主管合伙人王曦表示：消费电子行业的缺陷检测，随着某龙头客户体系全面用外观缺陷检测设备取代过去的人力检测，正面临巨大的市场机会。玻尔智造作为该龙头客户战略供应商之一，在巩固消费电子行业头部位置的同时，更向半导体领域进行开拓和探索。公司积累多种材质的海量图像数据库, 更为公司技术的迭代和建立壁垒打下基础。浩澜资本会坚定持续地运用我们在先进制造和半导体行业的产业资源和资本能力，支持坚定自主创新，扎实商业落地的“硬科技”企业进入健康发展的快车道。诸暨经开区作为智能视觉“万亩千亿”新产业平台，全力支持智能视觉产业链科创企业的创新和发展，通过一系列专项政策让人才留得住、让优质项目发展得好。

3月20日-22日，全球规模最大、规格最高的半导体业界盛会SEMICON China 2024在上海新国际博览中心举办。展会现场，TESCAN与代理商亚科电子共同亮相N2馆，展示了其卓越的半导体封装失效分析解决方案和整片晶圆无损检测方案。对于先进半导体封装失效分析的解决方案，TESCAN带来了无损检测和破坏性分析的两类方案选项。无损检测方面，TESCAN推出了三款Micro-CT型号，具有不同的空间分辨率和适用范围，创新之处分别在于可以实现复杂的原位实验、全球唯一搭载能谱CT的高通量、多尺度micro-CT设备、以及同时实现亚微米空间分辨率和秒级时间分辨率的设备。破坏性分析方面，TESCAN引入了激光切割与等离子体FIB-SEM（PFIB）截面加工相结合的大体积工作流程，等离子FIB-SEM（PFIB）半导体器件的高质量平面逐层去层等创新技术。在整片晶圆无损检测方案方面，TESCAN提供了针对最大12寸晶圆的整片无损检测方案，通过特殊的超大样品室设计，可以适用于12英寸（300 mm）晶圆的缺陷检测和FIB样品制备，解决了以往晶圆裂片方式无法进行整片晶圆表征的问题。展会期间，仪器信息网就解决方案、竞争优势、行业发展趋势等话题采访了泰思肯贸易（上海）有限公司亚太区总裁李荣光。以下是现场采访视频：

根据国家标准化管理委员会关于“全国标准化专业技术委员会管理办法”规定和中华人民共和国工业和信息化部2010年第一批行业标准化制修订工作计划任务，进一步做好全国试标委无损检测仪器标准化分技术委员会标准化工作和标准体系建设，于2010年8月24日-25日在南京召开无损检测仪器表面工作组成立和标准起草工作会议。 　　参加会议的专家和代表有辽宁仪表研究所有限责任公司、南京东电检测装备有限责任公司、南京理工大学光电技术研究所、江苏省计量科学研究院、中国南车集团南京浦镇车辆厂、中国北车集团沈阳机车车辆有限责任公司、北京航空材料研究院、国家轴承质量监督检验中心、射阳盛捷达探伤设备制造有限公司、深圳市华测检测技术股份有限公司、铁道部科学研究院金化所、中国南车集团北京二七车辆厂、戚墅堰机车车辆工艺研究所、长春机械科学研究院有限公司等单位。参加本次会议的专家和代表应到18人，实到16人。 　　本次会议由南京东电检测装备有限责任公司承办。 　　会议由全国试标委无损检测仪器分技术委员会秘书长李洪国主持。 　　南京东电检测装备有限责任公司总经理曾奇夫致欢迎词。 　　一、会议内容： 　　(一)成立全国试标委无损检测仪器标准化分技术委员会表面仪器专业工作组暨一届一次会议。 　　1、无损检测仪器标委会秘书长李洪国系统地回顾、总结了近期所做的工作，并对目前标准化的重点工作及下一步工作安排做了情况介绍。强调要跟踪国际国外标准，并积极参与国际标准制定。 　　2、全国试标委无损检测仪器标准化分技术委员会李洪国秘书长宣读了关于成立表面仪器专业工作组批复文件。全国试验机标准化技术委员会无损检测仪器分技术委员会第一届表面仪器专业工作组由17名委员组成。曾德文为组长，李洪国为副组长。工作组承担单位为南京东电检测装备有限责任公司。并宣布了工作组 17名成员名单，颁发了试标委无损检测仪器分技术委员会表面仪器专业工作组成员证书。表面仪器专业工作组任期五年。 　　全国试验机标准化技术委员会无损检测仪器分技术委员会表面仪器专业工作组主要负责：表面检测仪器领域的标准制修订工作。如磁粉探伤仪器、渗透探伤设备、电磁轭探伤设备及功能设备附件等。 　　3、南京东电检测装备有限责任公司总经理曾奇夫代表表面仪器专业工作组 　　讲话，并宣读本届工作计划和行业标准计划项目。 　　4、宣读全国试验机标准化技术委员会无损检测仪器分技术委员会章程 　　5、落实2010年行业标准化任务。 　　(二)《无损检测仪器电磁轭探伤仪技术条件》标准草案审查工作 　　由长春机械科学研究院有限公司高级工程师刘智力介绍了《无损检测仪器 电磁轭探伤仪技术条件》项目来源和标准起草过程等情况，与会专家和代表对JB/T7411-××××《无损检测仪器 电磁轭探伤仪 技术条件》标准草案按章条段进行深入细致讨论，并提出修改意见和建议。会议建议起草单位会后根据修改意见进行整理尽快形成征求意见稿广泛征求意见。 　　全体委员和代表经过两天紧张有序的研讨，取得一致意见，达到预期目的圆满结束。

从成都高新区获悉，由成都太科光电技术有限责任公司承担的国家重点研发计划重大科学仪器设备开发项目《超光滑表面无损检测仪》正式启动。　　国家科技部高新技术研究发展中心、中国工程物理研究院、四川省科技厅、成都市科技局、成都高新区科技局相关负责人以及光学行业相关专家近百人参加了启动仪式。　　据了解，《超光滑表面无损检测仪》是国家“十三五”重点研发计划重大科学仪器设备开发项目，分别获得国家科技部2000万元、成都高新区200万元资金支持，由成都太科光电技术有限责任公司牵头，协同国内多家技术实力雄厚的大学、研究所和企业形成产、学、研、用相结合的项目团队共同实施。该项目拟研制用于非透明物体超光滑表面及具有多层超光滑平行反射面透明物体的纳米级表面形貌高精密测量的Φ 150 mm超光滑表面无损检测仪。该仪器主要用于高精度非接触测量，可以广泛的应用于高速集成电路、微电子集成电路、光电集成电路、半导体制造、半导体照明以及太阳能新能源电池等基片TTV、弯曲度、表面质量等关键参数的快速检测，还可应用于大型现代光学工程系统，如大型高功率固体激光系统、极紫外光刻、航空航天空间光学等领域中大口径元件面形、材料特性等参数测量。项目预期取得或申请发明专利、软件著作权、相关标准等25项相关知识产权，研究成果预计发表相关论文20余篇。　　“以受检测器件芯片为例，芯片是由多层构成且呈透明或半透明状态，受自干涉条纹等条件影响，传统接触式测量中其他表面会影响到待测表面的实际检测，且任何接触都会对芯片本身造成一定伤害。而超光滑表面无损检测仪采用非接触式测量，且采用多表面分离算法，该算法可以分离出待测表面的信息，避免受其它表面的影响。”成都太科光电相关负责人说，该项目的实施，可以提高国内面形检测的能力，实现多表面元件或平行平板的检测，使其主要技术指标达到或超过国外同类产品水平。项目完成后，将研制数台超光滑表面无损检测仪，形成具有自主知识产权的系列化产品和关键技术与产业化路线，为未来产业化发展提供工艺路线。预计项目验收后三年内，完善仪器产品化所有流程，基本形成产品化的标准工艺流程，企业产值达到上亿元。　　据介绍，该项目将通过专项带动，集成国内优势力量重点创新，以仪器系统化与集成化结合多表面干涉重叠条纹分离算法为突破口，解决高精度超光滑表面无损检测的关键技术瓶颈，实现高端超光滑表面无损检测仪器国产化，替代国外同类产品，打破国外公司的技术垄断和价格壁垒。项目仪器的研制将带动国内相关产业发展，超光滑表面无损检测仪将在半导体照明、太阳能新能源，高速集成电路、微电子集成电路、光电集成电路以及国家重大光学工程等相关行业和领域得到广泛的应用。改变现在采用的接触式测量方式，大大提高检测精度和测试效率，对于这些应用行业和领域具有巨大的带动和促进作用。　　“成都高新区鼓励企业开展自主创新，积极承担国家科技计划项目，提升研发水平和创新能力。”成都高新区科技局相关负责人说，获得国家重大科技创新项目立项支持且项目国拨资金到位的成都高新区企业，可按照国拨资金实际到位额的10%进行配套资助申请，同一项目申请金额最高不超过200万元，同一家企业同一年度申请该类资金额度最高不超过200万元。“未来五年，成都高新区将每年安排不低于10亿元资金、连续5年，支持知名大学科研成果在区内转化 每年安排不低于10亿元资金、连续5年，支持国内外顶尖企业研发中心在区内落户 每年安排不低于10亿元资金、连续5年，支持引进高端人才到成都高新区发展。”　　据悉，成都太科光电技术有限公司是国内专业从事集高精度光学干涉检测仪器研发、生产和销售于一体的高新技术企业。公司具有一支从事光学设计、软件开发、机械设计、电子控制等专业齐全、产品研制经验丰富的专业研发与产业化团队。2009年公司研制了国内首台Φ 600mm大口径波长调谐数字干涉仪，技术指标达到国际同类产品水平。获得了波长调谐相移分析技术、干涉测试技术等多项专利。在此技术基础上，公司已经形成了两大系列八个型号的系列化干涉测试仪器产品，占领国内产品市场的80%以上，并远销东南亚、俄罗斯等地。

摘要随着对性能优于硅基器件的碳化硅（SiC）功率器件的需求不断增长，碳化硅制造工艺的高成本和低良率是尚待解决的最紧迫问题。研究表明，SiC器件的性能很大程度上受到晶体生长过程中形成的所谓杀手缺陷（影响良率的缺陷）的影响。在改进降低缺陷密度的生长技术的同时，能够识别和定位缺陷的生长后检测技术已成为制造过程的关键必要条件。在这篇综述文章中，我们对碳化硅缺陷检测技术以及缺陷对碳化硅器件的影响进行了展望。本文还讨论了改进现有检测技术和降低缺陷密度的方法的潜在解决方案，这些解决方案有利于高质量SiC器件的大规模生产。前言由于电力电子市场的快速增长，碳化硅（SiC，一种宽禁带半导体）成为开发用于电动汽车、航空航天和功率转换器的下一代功率器件的有前途的候选者。与由硅或砷化镓（GaAs）制成的传统器件相比，基于碳化硅的电力电子器件具有多项优势。表1显示了SiC、Si、GaAs以及其他宽禁带材料（如GaN和金刚石）的物理性能的比较。由于具有宽禁带（4H-SiC为~3.26eV），基于SiC器件可以在更高的电场和更高的温度下工作，并且比基于Si的电力电子器件具有更好的可靠性。SiC还具有优异的导热性（约为Si的三倍），这使得SiC器件具有更高的功率密度封装，具有更好的散热性。与硅基功率器件相比，其优异的饱和电子速度（约为硅的两倍）允许更高的工作频率和更低的开关损耗。SiC优异的物理特性使其非常有前途地用于开发各种电子设备，例如具有高阻断电压和低导通电阻的功率MOSFET，以及可以承受大击穿场和小反向漏电流的肖特基势垒二极管（SBD）。性质Si3C-SiC4H-SiCGaAsGaN金刚石带隙能量（eV）1.12.23.261.433.455.45击穿场（106Vcm−1)0.31.33.20.43.05.7导热系数（Wcm−1K−1)1.54.94.90.461.322饱和电子速度（107cms−1)1.02.22.01.02.22.7电子迁移率（cm2V−1s−1)150010001140850012502200熔点（°C）142028302830124025004000表1电力电子用宽禁带半导体与传统半导体材料的物理特性（室温值）对比提高碳化硅晶圆质量对制造商来说很重要，因为它直接决定了碳化硅器件的性能，从而决定了生产成本。然而，低缺陷密度的SiC晶圆的生长仍然非常具有挑战性。最近，碳化硅晶圆制造的发展已经完成了从100mm（4英寸）到150mm（6英寸）晶圆的艰难过渡。SiC需要在高温环境中生长，同时具有高刚性和化学稳定性，这导致生长的SiC晶片中存在高密度的晶体和表面缺陷，导致衬底和随后制造的外延层质量差。图1总结了SiC中的各种缺陷以及这些缺陷的工艺步骤，下一节将进一步讨论。图1SiC生长过程示意图及各步骤引起的各种缺陷各种类型的缺陷会导致设备性能不同程度的劣化，甚至可能导致设备完全失效。为了提高良率和性能，在设备制造之前检测缺陷的技术变得非常重要。因此，快速、高精度、无损的检测技术在碳化硅生产线中发挥着重要作用。在本文中，我们将说明每种类型的缺陷及其对设备性能的影响。我们还对不同检测技术的优缺点进行了深入的讨论。这篇综述文章中的分析不仅概述了可用于SiC的各种缺陷检测技术，还帮助研究人员在工业应用中在这些技术中做出明智的选择（图2）。表2列出了图2中检测技术和缺陷的首字母缩写。图2可用于碳化硅的缺陷检测技术表2检测技术和缺陷的首字母缩写见图SEM：扫描电子显微镜OM：光学显微镜BPD：基面位错DIC：微分干涉对比PL：光致发光TED：螺纹刃位错OCT：光学相干断层扫描CL：阴极发光TSD：螺纹位错XRT：X射线形貌术拉曼：拉曼光谱SF：堆垛层错碳化硅的缺陷碳化硅晶圆中的缺陷通常分为两大类：（1）晶圆内的晶体缺陷和（2）晶圆表面处或附近的表面缺陷。正如我们在本节中进一步讨论的那样，晶体学缺陷包括基面位错（BPDs）、堆垛层错（SFs）、螺纹刃位错（TEDs）、螺纹位错（TSDs）、微管和晶界等，横截面示意图如图3（a）所示。SiC的外延层生长参数对晶圆的质量至关重要。生长过程中的晶体缺陷和污染可能会延伸到外延层和晶圆表面，形成各种表面缺陷，包括胡萝卜缺陷、多型夹杂物、划痕等，甚至转化为产生其他缺陷，从而对器件性能产生不利影响。图3SiC晶圆中出现的各种缺陷。（a）碳化硅缺陷的横截面示意图和（b）TEDs和TSDs、（c）BPDs、（d）微管、（e）SFs、（f）胡萝卜缺陷、（g）多型夹杂物、（h）划痕的图像生长在4°偏角4H-SiC衬底上的SiC外延层是当今用于各种器件应用的最常见的晶片类型。在4°偏角4H-SiC衬底上生长的SiC外延层是当今各种器件应用中最常用的晶圆类型。众所周知，大多数缺陷的取向与生长方向平行，因此，SiC在SiC衬底上以4°偏角外延生长不仅保留了下面的4H-SiC晶体，而且使缺陷具有可预测的取向。此外，可以从单个晶圆上切成薄片的晶圆总数增加。然而，较低的偏角可能会产生其他类型的缺陷，如3C夹杂物和向内生长的SFs。在接下来的小节中，我们将讨论每种缺陷类型的详细信息。晶体缺陷螺纹刃位错（TEDs）、螺纹位错（TSDs）SiC中的位错是电子设备劣化和失效的主要来源。螺纹刃位错（TSDs）和螺纹位错（TEDs）都沿生长轴运行，Burgers向量分别为和1/3。TSDs和TEDs都可以从衬底延伸到晶圆表面，并带来小的凹坑状表面特征，如图3b所示。通常，TEDs的密度约为8000-10,0001/cm2，几乎是TSDs的10倍。扩展的TSDs，即TSDs从衬底延伸到外延层，可能在SiC外延生长过程中转化为基底平面上的其他缺陷，并沿生长轴传播。Harada等人表明，在SiC外延生长过程中，TSDs被转化为基底平面上的堆垛层错（SFs）或胡萝卜缺陷，而外延层中的TEDs则被证明是在外延生长过程中从基底继承的BPDs转化而来的。基面位错（BPDs）另一种类型的位错是基面位错（BPDs），它位于SiC晶体的平面上，Burgers矢量为1/3。BPDs很少出现在SiC晶圆表面。它们通常集中在衬底上，密度为15001/cm2，而它们在外延层中的密度仅为约101/cm2。Kamei等人报道，BPDs的密度随着SiC衬底厚度的增加而降低。BPDs在使用光致发光（PL）检测时显示出线形特征，如图3c所示。在SiC外延生长过程中，扩展的BPDs可能转化为SFs或TEDs。微管在SiC中观察到的常见位错是所谓的微管，它是沿生长轴传播的空心螺纹位错，具有较大的Burgers矢量分量。微管的直径范围从几分之一微米到几十微米。微管在SiC晶片表面显示出大的坑状表面特征。从微管发出的螺旋，表现为螺旋位错。通常，微管的密度约为0.1–11/cm2，并且在商业晶片中持续下降。堆垛层错（SFs）堆垛层错(SFs)是SiC基底平面中堆垛顺序混乱的缺陷。SFs可能通过继承衬底中的SFs而出现在外延层内部，或者与扩展BPDs和扩展TSDs的变换有关。通常，SFs的密度低于每平方厘米1个，并且通过使用PL检测显示出三角形特征,如图3e所示。然而，在SiC中可以形成各种类型的SFs，例如Shockley型SFs和Frank型SFs等，因为晶面之间只要有少量的堆叠能量无序可能导致堆叠顺序的相当大的不规则性。点缺陷点缺陷是由单个晶格点或几个晶格点的空位或间隙形成的，它没有空间扩展。点缺陷可能发生在每个生产过程中，特别是在离子注入中。然而，它们很难被检测到，并且点缺陷与其他缺陷的转换之间的相互关系也是相当的复杂，这超出了本文综述的范围。其他晶体缺陷除了上述各小节所述的缺陷外，还存在一些其他类型的缺陷。晶界是两种不同的SiC晶体类型在相交时晶格失配引起的明显边界。六边形空洞是一种晶体缺陷，在SiC晶片内有一个六边形空腔，它已被证明是导致高压SiC器件失效的微管缺陷的来源之一。颗粒夹杂物是由生长过程中下落的颗粒引起的，通过适当的清洁、仔细的泵送操作和气流程序的控制，它们的密度可以大大降低。表面缺陷胡萝卜缺陷通常，表面缺陷是由扩展的晶体缺陷和污染形成的。胡萝卜缺陷是一种堆垛层错复合体，其长度表示两端的TSD和SFs在基底平面上的位置。基底断层以Frank部分位错终止，胡萝卜缺陷的大小与棱柱形层错有关。这些特征的组合形成了胡萝卜缺陷的表面形貌，其外观类似于胡萝卜的形状，密度小于每平方厘米1个，如图3f所示。胡萝卜缺陷很容易在抛光划痕、TSD或基材缺陷处形成。多型夹杂物多型夹杂物，通常称为三角形缺陷，是一种3C-SiC多型夹杂物，沿基底平面方向延伸至SiC外延层表面，如图3g所示。它可能是由外延生长过程中SiC外延层表面上的下坠颗粒产生的。颗粒嵌入外延层并干扰生长过程，产生了3C-SiC多型夹杂物，该夹杂物显示出锐角三角形表面特征，颗粒位于三角形区域的顶点。许多研究还将多型夹杂物的起源归因于表面划痕、微管和生长过程的不当参数。划痕划痕是在生产过程中形成的SiC晶片表面的机械损伤，如图3h所示。裸SiC衬底上的划痕可能会干扰外延层的生长，在外延层内产生一排高密度位错，称为划痕，或者划痕可能成为胡萝卜缺陷形成的基础。因此，正确抛光SiC晶圆至关重要，因为当这些划痕出现在器件的有源区时，会对器件性能产生重大影响。其他表面缺陷台阶聚束是SiC外延生长过程中形成的表面缺陷，在SiC外延层表面产生钝角三角形或梯形特征。还有许多其他的表面缺陷，如表面凹坑、凹凸和污点。这些缺陷通常是由未优化的生长工艺和不完全去除抛光损伤造成的，从而对器件性能造成重大不利影响。检测技术量化SiC衬底质量是外延层沉积和器件制造之前必不可少的一步。外延层形成后，应再次进行晶圆检查，以确保缺陷的位置已知，并且其数量在控制之下。检测技术可分为表面检测和亚表面检测，这取决于它们能够有效地提取样品表面上方或下方的结构信息。正如我们在本节中进一步讨论的那样，为了准确识别表面缺陷的类型，通常使用KOH（氢氧化钾）通过在光学显微镜下将其蚀刻成可见尺寸来可视化表面缺陷。然而，这是一种破坏性的方法，不能用于在线大规模生产。对于在线检测，需要高分辨率的无损表面检测技术。常见的表面检测技术包括扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、光学显微镜（OM）和共聚焦微分干涉对比显微镜（CDIC）等。对于亚表面检测，常用的技术包括光致发光（PL）、X射线形貌术（XRT）、镜面投影电子显微镜（MPJ）、光学相干断层扫描（OCT）和拉曼光谱等。在这篇综述中，我们将碳化硅检测技术分为光学方法和非光学方法，并在以下各节中对每种技术进行讨论。非光学缺陷检测技术非光学检测技术，即不涉及任何光学探测的技术，如KOH蚀刻和TEM，已被广泛用于表征SiC晶圆的质量。这些方法在检测SiC晶圆上的缺陷方面相对成熟和精确。然而，这些方法会对样品造成不可逆转的损坏，因此不适合在生产线中使用。虽然存在其他非破坏性的检测方法，如SEM、CL、AFM和MPJ，但这些方法的通量较低，只能用作评估工具。接下来，我们简要介绍上述非光学技术的原理。还讨论了每种技术的优缺点。透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜（TEM）可用于以纳米级分辨率观察样品的亚表面结构。透射电镜利用入射到碳化硅样品上的加速电子束。具有超短波长和高能量的电子穿过样品表面，从亚表面结构弹性散射。SiC中的晶体缺陷，如BPDs、TSDs和SFs，可以通过TEM观察。扫描透射电子显微镜（STEM）是一种透射电子显微镜，可以通过高角度环形暗场成像（HAADF）获得原子级分辨率。通过TEM和HAADF-STEM获得的图像如图4a所示。TEM图像清晰地显示了梯形SF和部分位错，而HAADF-STEM图像则显示了在3C-SiC中观察到的三种SFs。这些SFs由1、2或3个断层原子层组成，用黄色箭头表示。虽然透射电镜是一种有用的缺陷检测工具，但它一次只能提供一个横截面视图，因此如果需要检测整个碳化硅晶圆，则需要花费大量时间。此外，透射电镜的机理要求样品必须非常薄，厚度小于1μm，这使得样品的制备相当复杂和耗时。总体而言，透射电镜用于了解缺陷的基本晶体学，但它不是大规模或在线检测的实用工具。图4不同的缺陷检测方法和获得的缺陷图像。（a）SFs的TEM和HAADF图像；（b）KOH蚀刻后的光学显微照片图像；（c）带和不带SF的PL光谱，而插图显示了波长为480nm的单色micro-PL映射；（d）室温下SF的真彩CLSEM图像；（e）各种缺陷的拉曼光谱；（f）微管相关缺陷204cm−1峰的微拉曼强度图KOH蚀刻KOH蚀刻是另一种非光学技术，用于检测多种缺陷，例如微管、TSDs、TEDs、BDPs和晶界。KOH蚀刻后形成的图案取决于蚀刻持续时间和蚀刻剂温度等实验条件。当将约500°C的熔融KOH添加到SiC样品中时，在约5min内，SiC样品在有缺陷区域和无缺陷区域之间表现出选择性蚀刻。冷却并去除SiC样品中的KOH后，存在许多具有不同形貌的蚀刻坑，这些蚀刻坑与不同类型的缺陷有关。如图4b所示，位错产生的大型六边形蚀刻凹坑对应于微管，中型凹坑对应于TSDs，小型凹坑对应于TEDs。KOH刻蚀的优点是可以一次性检测SiC样品表面下的所有缺陷，制备SiC样品容易，成本低。然而，KOH蚀刻是一个不可逆的过程，会对样品造成永久性损坏。在KOH蚀刻后，需要对样品进行进一步抛光以获得光滑的表面。镜面投影电子显微镜（MPJ）镜面投影电子显微镜（MPJ）是另一种很有前途的表面下检测技术，它允许开发能够检测纳米级缺陷的高通量检测系统。由于MPJ反映了SiC晶圆上表面的等电位图像，因此带电缺陷引起的电位畸变分布在比实际缺陷尺寸更宽的区域上。因此，即使工具的空间分辨率为微米级，也可以检测纳米级缺陷。来自电子枪的电子束穿过聚焦系统，均匀而正常地照射到SiC晶圆上。值得注意的是，碳化硅晶圆受到紫外光的照射，因此激发的电子被碳化硅晶圆中存在的缺陷捕获。此外，SiC晶圆带负电，几乎等于电子束的加速电压，使入射电子束在到达晶圆表面之前减速并反射。这种现象类似于镜子对光的反射，因此反射的电子束被称为“镜面电子”。当入射电子束照射到携带缺陷的SiC晶片时，缺陷的带负电状态会改变等电位表面，导致反射电子束的不均匀性。MPJ是一种无损检测技术，能够对SiC晶圆上的静电势形貌进行高灵敏度成像。Isshiki等人使用MPJ在KOH蚀刻后清楚地识别BPDs、TSDs和TEDs。Hasegawa等人展示了使用MPJ检查的BPDs、划痕、SFs、TSDs和TEDs的图像，并讨论了潜在划痕与台阶聚束之间的关系。原子力显微镜（AFM）原子力显微镜（AFM）通常用于测量SiC晶圆的表面粗糙度，并在原子尺度上显示出分辨率。AFM与其他表面检测方法的主要区别在于，它不会受到光束衍射极限或透镜像差的影响。AFM利用悬臂上的探针尖端与SiC晶圆表面之间的相互作用力来测量悬臂的挠度，然后将其转化为与表面缺陷特征外观成正比的电信号。AFM可以形成表面缺陷的三维图像，但仅限于解析表面的拓扑结构，而且耗时长，因此通量低。扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜（SEM）是另一种广泛用于碳化硅晶圆缺陷分析的非光学技术。SEM具有纳米量级的高空间分辨率。加速器产生的聚焦电子束扫描SiC晶圆表面，与SiC原子相互作用，产生二次电子、背散射电子和X射线等各种类型的信号。输出信号对应的SEM图像显示了表面缺陷的特征外观，有助于理解SiC晶体的结构信息。但是，SEM仅限于表面检测，不提供有关亚表面缺陷的任何信息。阴极发光（CL）阴极发光（CL）光谱利用聚焦电子束来探测固体中的电子跃迁，从而发射特征光。CL设备通常带有SEM，因为电子束源是这两种技术的共同特征。加速电子束撞击碳化硅晶圆并产生激发电子。激发电子的辐射复合发射波长在可见光谱中的光子。通过结合结构信息和功能分析，CL给出了样品的完整描述，并直接将样品的形状、大小、结晶度或成分与其光学特性相关联。Maximenko等人显示了SFs在室温下的全彩CL图像，如图4d所示。不同波长对应的SFs种类明显，CL发现了一种常见的单层Shockley型堆垛层错，其蓝色发射在~422nm，TSD在~540nm处。虽然SEM和CL由于电子束源而具有高分辨率，但高能电子束可能会对样品表面造成损伤。基于光学的缺陷检测技术为了在不损失检测精度的情况下实现高吞吐量的在线批量生产，基于光学的检测方法很有前途，因为它们可以保存样品，并且大多数可以提供快速扫描能力。表面检测方法可以列为OM、OCT和DIC，而拉曼、XRT和PL是表面下检测方法。在本节中，我们将介绍每种检测方法的原理，这些方法如何应用于检测缺陷，以及每种方法的优缺点。光学显微镜（OM）

2021年2月，日本汽车零部件巨头曝大规模造假，约有11.4万件产品存在伪造刹车装置及其零部件的检查数据，引发网友热议和消费者信任危机。为帮助汽车零部件生产、质控与研究人员及时发现零部件缺陷，避免不合格产品流向市场，本文在上篇介绍汽车零部件缺陷类型及危害的基础上，详细阐述汽车零部件的常用缺陷鉴别技术。一、金相检测技术金相分析技术是失效分析中最重要的方法，主要分为以下几个方面：低倍组织缺陷评定锻造流线检测分析样件显微组织是否符合标准/预期要求评定非金属夹杂物级别测定晶粒度脱碳层检测渗碳层检测判断裂纹类型（淬火裂纹？锻造裂纹？）确定裂纹扩展方式（穿晶？沿晶？）.......案例1：金相检测实例——低温冲击功不合格原因分析以下钢板的3个试样中，一个试样低温冲击功不合格，而其他两个试样合格。检测人员通过观察其冲击试样金相组织，发现钢板在板厚发现存在严重的珠光体条带现象，这是造成低温冲击性能不达标和冲击性能值波动较大的主要原因。二、无损检测——（重点介绍X射线无损检测技术）无损检测采用传统的射线照相检测（RT)、射线数字成像检测（DR)及机算机断层扫描技术（CT)技术，在对被检测物体无损伤的条件下，以平面叠加投影或二维断层图像的形式，清晰、准确、直观地展示被检测物体的内部结构、组成、材质及缺损状况。射线检测技术在缺陷表征中的应用主要有以下5个方面：（1）缺陷的识别（2）缺陷尺寸测量（3）三维重建及缺陷提取（可以对材料内部缺陷三维重构，表征缺陷形状和分布）（4）不拆解情况下内部结构分析（5）不拆解情况下装配分析三、化学成分分析材料化学成分分析主要用于排查设计选材是否不当，存在以次充优或以假乱真。四、力学性能为什么要做力学性能测试？（1）根据失效分析的目的、要求及可能性，对硬度、室温拉伸、冲击、弯曲、压扁、疲劳及高温下的力学性能等进行测定（不破坏主要失效特征）；（2）评定失效件的工艺与材质是否符合要求；（3）获得材料抵抗变形或断裂的临界值。力学性能不合格的常见原因：（1）热处理工艺不当；（2）取样位置或取样方式不当；（3）材料偏析严重。五、断口分析技术（断口分析三板斧）通过断口的形态分析，可以研究断裂的一些基本问题：如断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。因此，断口分析现已成为对金属构件进行失效分析的重要手段。断口记录了从裂纹萌生、扩展直到断裂的全过程，是全信息的。断口可以说是断裂故障的“第一裂纹”，而其他裂纹可能是第二甚至第三生成的。第一与第二裂纹的模式、原因和机理有时是相同的，有时是不同的，也就是说裂纹有可能只记录了断裂后期的信息，因此断口分析在断裂事故分析中具有核心的地位和作用。断口有时是断裂失效（事故）唯一的“物证”，人证有时是不可靠的，只能作为辅助信息或证据。利用现代分析技术和方法，断口包含的信息是可以“破译＂的，析断口可以获取失效的信息。如何进行断口分析？第一板斧：按图索骥提供典型断口宏观照片，学习断口形貌特征，可以独立判断断口类型。第二板斧：顺藤摸瓜寻找到断裂的源头是整个分析的重中之重，否则后期的分析将成为无本之本。第三板斧：一叶知秋从一片树叶的掉落，可以预知秋天的到来。断口的微观和宏观信息也同样存在一定联系，通过断口微观特征观察也可以进一步验证宏观检查的判断结果。综上，断口分析技术可以归纳为以下三点：按图索骥，预判断口类型；顺藤摸瓜，寻找断裂源头；一叶知秋，微观佐证宏观。作者简介：潘安霞：中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司失效分析高级工程师，现任全国机械工程学会失效分析分会委员、中国中车技术专家，中车计量理化培训讲师，主要从事轨道交通行业齿轮、紧固件、弹簧等关键零部件失效分析研究工作，著有《紧固件失效分析与案例》。拓展阅读：中车戚墅堰所试验检测中心：汽车零部件缺陷类型及危害

石墨烯是近年来受到广泛关注的二维材料，具有特的物理化学性质，在信号传感、物质检测、和能源电池领域都有着广阔的应用前景。2016年9月，南开大学许京军、蔡卫老师研究团队在国际期刊 2D Materials上公开发表题为“Tailorable re?ection of surface plasmons in defect engineered graphene”的全文文章，通过探讨缺陷改变石墨烯光、电、热性质的可能性，提出了对石墨烯纳米尺度下的等离子激元性质进行操控的思路，为未来纳米光电设备的实现开辟新篇。(a) NeaSNOM测量原理示意图 (b)NeaSNOM的AFM成像显示了石墨烯缺陷处的形貌结构 (c)NeaSNOM的纳米显微光学成像展示了该区域的表面等离子波传播图样许京军、蔡卫老师研究团队先设计了离子束对石墨烯缺陷边界的操控可行性，并通过AFM等常规测量手段对这一设想进行了重复验证，检验其可行性。该研究团队对石墨烯表面等离子波在缺陷边界的传播进行了深入研究，通过NeaSNOM提供的可靠等离子激元成像手段，他们近场等离子激元成像图中观测到了靠近边界的明显干涉条纹。通过典型的石墨烯楔形结构，边界处的等离子激元的有效散射波通过操控的缺陷得到了大的增强。在缺陷边界处的等离子激元反射次得到清晰观测，证实了这些缺陷在表面等离子波传播中散射中心的作用。不同程度缺陷石墨烯中等离子激元传播和反射的研究在入射激光波长为10.653um下，不同程度缺陷石墨烯中等离子激元传播和反射的研究。其中，等离子激元干涉峰值被定义为M，在边界处衰减比例为0.28，实验结果与理论数值得到了很好的拟合。该研究团队证明了通过引入离子束在石墨烯缺陷边界处改变等离子激元的反射的结论，他们认为缺陷可以作为有效的等离子激元传播散射中心，通过缺陷程度的控制可以实现对等离子激元的操控，这一研究结果有效开创了控制表面等离子波的新篇章。参考文献：Luo W, Cai W, Wu W, et al. Tailorable reflection of surface plasmons in defect engineered graphene[J]. 2D Materials, 2016, 3(4): 045001.本文涉及的研究过程及实验结果均以原著作为准。相关产品：超高分辨散射式近场光学显微镜：http://www.instrument.com.cn/netshow/C170040.htm纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR：http://www.instrument.com.cn/netshow/C194218.htm

天眼查显示，江苏鲁汶仪器股份有限公司“一种晶圆外延片表面的晶格缺陷修复方法”专利公布，申请公布日为2024年6月28日，申请公布号为CN118263091A。背景技术氮化镓基半导体材料具有带隙宽，发光效率高，耐高温以及化学性质稳定等优点，已广泛应用于固态照明、全色彩显示、激光打印等领域。氮化镓薄膜通常生长在异质衬底上，衬底和外延薄膜之间存在较大的晶格失配与热失配，一方面会导致压电极化效应，降低量子阱的发光效率；另一方面使得薄膜在沉积过程中一直受到应力的作用，导致外延片发生弯曲，翘曲甚至龟裂。在u-氮化镓生长时，由于衬底与外延薄膜之间较大的晶格失配，使得外延片受到应力的作用，产生“凹面”变形；又因为热失配的影响，使得在生长温度较低的多量子阱时，曲率绝对值不断减少甚至成为“凸面”变形。等离子体刻蚀是利用等离子态的原子、分子与材料表面作用，形成挥发性物质或直接轰击样品表面使之被刻蚀的工艺，它能实现各向异性刻蚀，即纵向的刻蚀速率远大于横向的刻蚀速率，从而保证了细小图形转移后的保真度。等离子体刻蚀中的感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术由于其控制精度高、大面积刻蚀均匀性好、污染少等优点，在半导体器件制造中获得越来越多的应用。但现有的技术中如直接采用氯基气体对氮化镓晶圆外延片进行刻蚀，会导致氮化镓外延表面的晶格缺陷层并未得到有效的去除，无法获得高均匀性与一致性的氮化镓外延片。发明内容本发明涉及半导体芯片生产领域，具体是一种晶圆外延片表面的晶格缺陷修复方法。本发明提供了一种晶圆外延片表面的晶格缺陷修复方法。本发明提供的方法使用氧化性气体如N2O或O2的等离子体对晶圆外延片表面进行处理，形成均匀的氧化层；使用氯基气体如BCl3的等离子体对氧化层表面进行处理，均匀地移除氧化表层；采用氯基气体与氟基气体的混合气体或氯基气体等离子体对材料表面进行刻蚀，能够有效地优化晶圆外延片表层外延生长过程产生的晶格缺陷或氧化斑造成的刻蚀缺陷和损伤，从而得到高均匀性与一致性的晶圆外延片；相对于现有技术，本发明的晶圆外延片表面晶格缺陷层去除效果更优。

X射线残余应力分析方法和技术，因其具有理论成熟、数据可靠、无损检测等优势，在各种金属加工领域具有广泛的应用。在过去的几十年时间中，市面上的X射线残余应力分析仪主要采用的是基于零维（点）探测器和一维（线）探测器技术的设备。2012年日本Pulstec公司成功发布了基于新型圆形全二维（面）探测器技术的新一代X射线残余应力分析仪设备（μ-X360系列）。μ-X360系列的相关设备具有技术先进、测试精度高、体积迷你、重量轻、便携性等特点，不仅可以在实验室使用，还可以方便携带至非实验室条件下的各种现场或户外进行原位的残余应力测量，这使得X射线残余应力分析方法和技术在应用上实现了更进一步的突破！在工业应用中，参考标准作为指导实践的重要依据一直以来都备受关注。继日本材料学会（The Society of Material Science, Japan）于2020年2月15日发布JSMS-SD-14-20《通过cosα方法测量X射线应力的标准（铁素体钢）》标准后，日本无损检测协会（The Japanese Society of Non-Destructive Inspection, JSNDI）也于近期正式颁布了全球部将cosα方法应用于无损检测领域的标准《cosα法X射线应力测定通则》（标准号：NDIS 4404:2021），我们相信该标准的颁布对于我国今后相关的企业标准、地方标准及标准的制定都能起到积的参考作用，为相关行业的无损检测实践工作提供帮助和启发！新一代全二维面探X射线残余应力分析仪（制造商：日本Pulstec公司 型号：μ-X360s）无损检测是指在不影响被检测对象使用性能且不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，对试件内部及表面的结构、状态及缺陷的类型、数量、形状、性质、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。特种设备检测行业其检测对象多为在役状态的大型构件或设备，与实验室检测不同多使用无损检测的手段；与传统方法及设备相比，基于cosα方法的Pulstec μ-X360s残余应力分析仪的突出优势在于采用单次低功率短时X射线入射即可得到可靠的残余应力检测结果，且设备小巧、重量轻，特别适用于对于可移动性及便携性要求较高的现场无损检测。自2015年Quantum Design中国将该设备引进至国内，我们已在各地多家特种设备检测机构完成该设备的销售与安装，如：中国特种设备检测研究院、天津市特种设备监督检验技术研究院、广东省特种设备检测研究院及福建省特种设备检验研究院等，近期，我们又成功完成了浙江省特种设备科学研究院的设备安装并成功验收，Pulstec μ-X360s残余应力分析仪的便携性及易用性得到了客户的高度认可。目前，Pulstec已在全球近20个与地区安装了超过500台μ-X360系列残余应力分析仪，用户不仅遍布于诸多大学及研发实验室，也遍布于各大主要工业制造领域的企业中。通过与客户的密切合作，Pulstec陆续开发出各种解决方案以满足客户的需求。近日，Pulstec与德国Sentenso（Sentenso GmbH）公司合作，推出了工业机器人搭载残余应力分析仪的新解决方案，实现了X射线残余应力分析仪的自主运动、自主检测、自动绘制应力分布云图以及三维振荡等功能。该系统可采用Kuka公司（Kuka AG）或UR公司（Universal Robots）的工业机器人，通过专用夹具将Pulstec μ-X360s的探头部分搭载于工业机器人手臂上，得益于Pulstec的小质量探头，工业机器人的有效载荷仅需4kg即可满足测试需求。

常规的无损检测技术如射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等，这些方法在实践应用中都有各自的缺点及局限性。红外热成像无损检测技术是近年来应用逐渐广泛的一种新兴检测技术，广泛应用于航空航天、机械、医疗、石化等领域。与其他的无损检测技术相比，红外热成像技术的特点有：1. 测量速度快，因为红外探测器通过物体表面发射的红外辐射能来测得物体表面的温度，所以响应极快，能测得迅速变化的温度场；2. 非接触性，拍摄红外图片时，红外摄像仪与被测物体是保持一定距离的，对被测温度场没有干扰，操作安全、方便；3. 测量结果直观形象，热像图以彩色或黑白的图像形式对结果进行输出，从图上可以方便地读取各点的温度值，并且热像图中还包含有丰富的与被测物体有关的其它信息；4. 测温范围广，由于是采用辐射测温，与玻璃测温计和热电偶测温计相比，测温范围大大扩展，理论上可从绝对零度到无穷大；5. 测量精度高；6. 易于实现自动化和实时观测。红外热成像无损检测原理红外线是一种电磁波，为0.78~1000 μm，可分为近红外、中红外和远红外。任何物体只要不是绝对零度，都会因为分子的旋转和振动而发出辐射能量。红外辐射是其中一种，如果把物体看成是黑体，吸收所有的入射能量，则根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，在全波长范围内积分可得到黑体的总辐射度为：式中：为黑体的光谱辐射度；c1、c2为辐射常数，c1=3.7418×108 Wm-2μm4，c2=1.4388×104 μmK；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，为5.67×10-8 Wm-2K-4。实际大部分人工或天然材料都是灰体，与黑体不同，灰体材料的发射率ε≠1，灰体表面能反射一部分入射的长波（λ＞3 μm）辐射，因此灰体表面的辐射由自身发射的和环境反射的两部分组成，用红外探测器可直接测量灰体发射和反射的总和Map，但无法确定各自的份额。通常假设物体表面为黑体，将Map称为表观辐射度，为便于理解，一般将其转换为人们较熟悉的温度单位，称为表观温度Tap，即：上述表观温度Tap即为红外探测器测量所得温度，在无损检测中测量距离一般较近，可以忽略大气的影响，故被测物体的表面发射率ε的取值是否准确是影响测量精度的关键因素。检测方式1. 主动式检测为了使被测物体失去热平衡，在红外热成像无损检测时为被测物体注入热量。被测物体内部温度不必达到稳定状态，内部温度不均匀时即可进行红外检测的方法即为主动式红外检测。该种检测方式是人为给试样加载热源的同时或延迟一段时间后测量表面的温度场的分布。从而确定金属、非金属、复合材料内部是否存在孔洞、裂缝等缺陷。2. 被动式检测被动式红外热成像无损检测利用周围环境的温度与物体温度差，在物体与环境进行热交换时，通过对物体表面发出的红外辐射进行检测缺陷的一种方式。这种检测方法不需要加载热源，一般应用于定性化的检测。被测物本身的温度变化就能显示内部的缺陷。它经常被应用于在线检测电子元器件和科研器件及运行中设备的质量控制。红外热成像技术在无损检测中的应用1. 材料热物性参数检测与其它的测温技术相比，红外热像仪能迅速、准确地测量大面积的温 值，且测温范围宽。因此，当需要准确测量较大范围的温度边界条件时，红外热像仪具有其它测温仪器不可比拟的优越性。哈尔滨工业大学的研究人员针对焊接温度场中材料的传热系数随温度升高而变化的情况进行了研究，证明了焊接过程热传导系数反演算法的可行性，结合红外热像法与热电偶测量了LY2铝合金固定TIG点焊过程的焊接温度场，通过计算分别获得了加热和冷却过程的热传导系数随温度变化的曲线。热传导反问题的研究，具有广泛的工程应用前景，近年来在热物性参数的识别、边界形状的识别、边界条件的识别、热源的识别等多方面已经取得了很多研究成果。在进行传热反问题研究时，采用红外热像技术测量研究对象的温度图，可以方便快捷地解决温度边界的测量问题，该方法在热传导反问题的研究中已被广泛采用。2. 结构内部损伤及材料强度的检测目前利用红外热像技术进行的结构损伤研究有混凝土内部损伤检测、混凝土火灾损伤研究、焊缝疲劳裂纹检测、碳纤维增强混凝土内部裂纹检测等，由于损伤部位的导热系数的变化，导致红外热像图中损伤位置温度异常。与常规的探伤方法如X射线、超声波等相比，红外热像技术具有不需要物理接触或耦合剂，操作简单方便、无放射性危害等优点。同济大学的研究人员采用红外热像技术对混凝土火灾损伤进行了实验研究，得出了火灾损伤混凝土红外热像的平均温升随时间的变化曲线，及混凝土红外热像的平均温升与其受火温度与强度损失之间的回归方程。将红外热像技术应用于火灾混凝土检测，在国际上尚属首创，突破了传统的检测模式，为进行混凝土的火灾损伤评价开创了一条新途径。但将该方法运用于实际工程检测中，尚有许多问题需要解决，如混凝土强度等级、碳化深度、级配、火灾类型等对检测结果的可靠性的影响，以及检测时的加热措施等。近年在光热红外技术的基础上发展的超声红外技术发挥了红外技术和超声技术的优点，该方法以超声脉冲作为激发源，当超声脉冲在试件中传播遇到裂纹等缺陷时，缺陷引起超声附加衰减而局部升温，从而利用红外热像技术可以检测出这些裂纹缺陷。南京大学的研究人员将红外热像仪与超声波发射器结合起来，用超声波发射器对有疲劳裂纹的铝合金试件进行热量输入，拍摄红外热图像，与计算机模拟计算结果进行比较，试验表明超声红外热像技术对裂纹缺陷、不均匀结构及残余应力非常敏感。3. 在建筑节能中检测的应用在建筑物节能检测方面，瑞典早在1966年就开始采用红外热像技术检测建筑物节能保温，美国、德国等许多国家的研究人员也都进行过这方面的研究工作。在我国随着对建筑节能要求的提高，建筑物的节能检测势在必行。目前我国对建筑围护结构传热系数的检测多采用建筑热工法现场测量，红外热像技术只作为辅助手段，通过检测围护结构的传热缺陷，综合评价建筑物的保温性能。目前我国红外热像技术在节能检测领域的研究尚属于起步阶段，还没有确定的指标对建筑物的红外热像图进行节能定量评价，由于建筑物立面形式和饰面材料的多样性，编制专用的图像分析与处理软件和建立墙体内外饰面材料的发射率基础数据库成为该项研究中一个重要环节。4. 在建筑物渗漏检测中的应用建筑物的渗漏有由供水管道引起的渗漏和屋顶或外墙开裂引起的雨水渗漏等，由于渗漏部位的含水率和正常部位不一样，造成在进行热传导的过程中二者温度有差异，因而可以用红外热像仪拍摄湿度异常部位墙面的红外热图像，与现场直接观察结果进行对比分析，可以找出渗漏源的位置。结语红外热像技术在无损检测中的应用前景非常广泛，相应的研究工作也取得了初步的研究成果，并逐步地从定性研究走向定量研究，但总体来说在目前尚属起步阶段，能应用于实际工程中的研究成果不多，且多属一些定性的结论，缺乏相应的操作规范。因此，应加强定量研究工作，提高对红外热像图的处理能力。

无损检测技术主要依托于声、光、电、磁等原理内容，从而实现对被检测物体内部缺陷以及不均匀性问题的全过程检测与分析，已成为很多工业生产中用来控制质量的重要方法。近年来，随着新材料、新工艺、新技术等兴起，为了更好地适应时代发展需求，无损检测技术也在不断优化和创新，逐渐朝着自动化、智能化以及图像化等方向发展，并逐步应用到相关行业领域。在即将召开的首届无损检测技术进展与应用网络会议，特别邀请了多位专家进行自动化/智能化无损检测技术相关的分享，部分报告预告如下：吉林大学 张建海副教授《极端工况下材料服役性能原位测试技术》点击报名张建海，吉林大学机械与航空航天工程学院副教授，目前担任吉林省材料服役性能测试国际联合中心副主任，致力于极端工况材料服役性能试验装备与原位测试技术研究，在国家自然科学基金、国防科工局技术基础科研、军委科技委装备预先研究等项目的支持下，重点开展了极端工况材料服役性能试验装备和材料力学性能原位测试技术。开发了超高温双轴材料力学性能试验装备和超声、电磁等原位测试设备等10余套，发表 SCI/EI 检索学术论文20余篇；公开发明专利10余项。耐高温材料及其制品因其优异的力学性能，被广泛应用于航空航天、特种装备、轨道交通装备等重要领域。因其制造或服役环境常伴有高温环境，及复杂载荷的作用，耐高温材料及其制品极易出现性能退化、裂纹萌生与扩展等情况，常常引发恶性事故。张建海副教授将在报告中重点讲述围绕极端工况下材料服役性能和点焊焊接高温熔核成型过程，开展超声无损在线检测技术研究，实现高温制造或服役工况下损伤缺陷与材料力学性能参数与快速精确测试的工作。大连交通大学 赵新玉副教授《曲面叶片几何量测量和缺陷检测》点击报名赵新玉，大连交通大学副教授。中国机械工程学会焊接学会/协会理事，超声检测专委会委员。主持完成国家重点研发计划子课题、国家自然基金、国家重点实验室基金等纵向课题；主持完成中国中车、中国特检等企业科研课题10余项；并以主要完成人身份参与国家重大专项、国家自然基金重点基金、国际合作项目等重点科研任务。曾研发设计多通道超声自动扫描和声场测量系统、高频超声显微系统、64通道超声相控阵系统、双机械手超声检测系统、ITO镀膜高精度激光刻蚀设备等，已在航空航天、汽车制造和军工产品检测中获得应用。报告摘要：航空发动机叶片是典型复杂曲面结构，为实现叶片的自动化超声检测，提出基于曲面点云数据重建的自动化检测轨迹规划方法，在此基础上实现7轴联动复杂曲面自动扫描成像；叶片点云采用线激光轮廓仪配合工件旋转轴自动扫描获取，数据拼接整理后采用数据拟合方法获得曲面轮廓方程，基于曲面上的曲线方程规划加减速扫描轨迹，进一步对各扫描轨迹点进行多轴运动分解，获得包括六轴机械手和工件旋转轴在内的各轴轨迹；实际检测实验表明，轨迹规划算法可以实现叶片自动扫描，获得清晰C扫描图像。中国飞机强度研究所 樊俊铃高级工程师《航空复合材料构件超声自动化检测技术及应用》点击报名樊俊铃，高级工程师，现任中国飞机强度研究所损伤检测与评估技术研究室副主任，中国航空研究院一级专家。承担、参与国家科工局、工信部、装发、自然科学基金、航空基金等各类预研课题10余项，主管、参与完成多个型号的结构强度验证工作，承担我国多型军民机结构试验的无损检测与评估任务，在损伤检测和结构强度领域具有较强的技术能力。长期从事业务领域的相关研究工作，发表论文50余篇，申请专利4项，登记软件著作权3项，荣获集团公司航空报国奖个人三等功等多项奖励。报告摘要：针对航空复合材料结构人工超声检测效率低、成本高、结果可靠性低等技术瓶颈问题，重点开展了超声换能器设计、超声无损检测仿真、超声信号降噪与多模式成像、无损检测自动化系统研制等技术研究，突破了超声仿真分析、专用传感器设计、信号分析等关键技术，研发了多通道、宽带宽阵列传感器，自主开发了复合材料构件阵列超声自动化检测系统，有力的支撑了航空复合材料无损检测，提高了检测效率，缩短检测周期，保证了复合材料无损检测可靠性。北京科技大学 黎敏教授《高品质钢内部质量高精度检测与三维全息表征》（点击报名）黎敏，北京科技大学钢铁协同创新中心，教授，博导。主要开展先进检测技术、工业大数据分析等研究工作。独立负责7项国家自然科学基金等国家和省部级课题，参与鞍钢、首钢、核动力研究院等10余项科研项目，共发表论文50余篇，专著2本，专利8项，转件著作权3项，获省部级科技奖励2项，2013年入选北京市青年英才计划。报告摘要：利用高频超声显微技术对高品质钢内部质量进行三维扫描检测，并通过超声信号特征提取、深度聚类、点云重构等现代信号处理方法，对高品质钢内部的夹杂、缩孔和裂纹等微观缺陷及凝固组织实现高通量表征。钢铁绿色化智能化技术中心 吴少波高级工程师《机器视觉技术及在钢铁生产中的应用》点击报名吴少波，钢铁绿色化智能化技术中心，机器视觉组长，研究方向是钢铁机器视觉，博士，正高级工程师，硕士研究生导师。吴少波同志多年从事钢铁机器视觉智能检测技术研究及工程实践，承担了国家“十二五”、“十三五”、“十四五”等多项科研任务，获得部级科技进步二等奖1项，申请发明专利30余项，申请软件著作权10余项，在国内核心期刊和国际会议上发表相关学术论文10余篇。主持的“铁包自动化热检”课题首次实现了铁包全内衬厚度和全外壳温度的热态在线准确测量，负责了“银亮材直径在线测量和分拣系统”、“喷射锭面及中间包测温系统”、“液固相线检测系统”等项目的研发和应用实施，产生了较好的经济和社会效益。本报告以钢铁智能制造为背景，结合报告人及团组的工业实践，介绍机器视觉图像处理和深度学习技术及在钢铁行业中的典型应用，包括生产质量检测和生产物流检测两大方面，其中生产质量检测包括晶粒度级别、组织类别、表面质量、渣液位、形貌、尺寸、温度等生产质量相关的检测；生产物流检测包括工件/炉包/机车标识、生产工具、关键工况等生产物流相关的检测。钢研纳克 刘光磊高级工程师《管材表面缺陷自动智能检测技术及应用》点击报名刘光磊，钢研纳克检测技术股份有限公司无损检测事业部副总经理，高级工程师。长期从事无损检测方法技术研究及自动化无损检测仪器装备研发等工作。主要参研的国家科研课题5项，参研制修订的标准6项，研发成果获省部级奖3项，获得授权的专利5项。报告摘要：管材表面缺陷自动检测常用超声、涡流、漏磁、磁粉等检测方法。针对采用常规检测方法不能有效检测短小裂纹、凹坑、划伤、结疤、异物碾压等难题，重点开展了CCD视觉检测技术的相机、镜头、光路配置、二维三位成像技术、相机景深自动校准技术及独特的缺陷检测算法，开发具有高性能、高处理速度、高可靠性和高稳定性的视觉检测技术和装备，从而实现管材表面缺陷在线智能检测、分类和记录，有效解决人工目视检测效率低，成本高，精确度低的问题。首届无损检测技术进展与应用网络会议为了推动我国无损检测技术发展和行业交流，促进新理论、新方法、新技术的推广与应用，仪器信息网将于2022年10月13-14日组织召开首届无损检测技术进展与应用网络会议。会议开设射线检测技术、超声检测技术、自动及智能检测技术、无损检测新技术四大专场，邀请无损检测领域专家老师围绕无损检测理论研究、技术开发、仪器研制、相关应用等方面展开报告，欢迎大家在线参会交流。一、主办单位：仪器信息网二、支持单位：吉林大学、钢研纳克三、参会指南：1、点击会议官方页面（https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/NDT）进行报名。2、报名开放时间为即日起至2022年10月14日。3、报名并审核通过后，将以短信形式向报名手机号发送在线听会链接。4、本次会议不收取任何注册或报名费用。5、会议联系人：高老师（微信号：iamgaolingjuan 邮箱：gaolj@instrument.com.cn）

近日，中国工程建设标准化协会发布公告，根据中国工程建设标准化协会《关于印发的通知（建标协字〔2018〕015号）的要求，由上海市建筑科学研究院有限公司等单位编制的《相控阵超声法检测混凝土结合面缺陷技术规程》，经协会混凝土结构专业委员会组织审查，现批准发布，编号为T/CECS1056-2022，自2022年8月1日起施行。标准详细信息标准状态现行标准编号T/CECS 1056—2022中文标题 相控阵超声法检测混凝土结合面缺陷技术规程英文标题国际标准分类号91.010.01 建筑工业综合中国标准分类号 国民经济分类E4710 住宅房屋建筑发布日期2022年03月31日实施日期2022年08月01日起草人李向民 高润东 张富文 王卓琳 孙彬 姚利君 许海岩 薄卫彪 龙莉波 张东波 田坤 陈霞 陈宁 宋杰 孙静 许清风 黄科锋 马海英 赵勇 王建 刘华波 薛雨春 武猛 刘辉 李新华 李华良 郑乔文起草单位上海市建筑科学研究院有限公司、中国建筑科学研究院有限公司、中国二十冶集团有限公司、上海建科预应力工程技术有限公司、标龙建设集团有限公司、山东建科特种建筑工程技术中心有限公司、上海建工二建集团有限公司、上海建科工程咨询有限公司、上海中森建筑与工程设计顾问有限公司、上海劳瑞仪器设备有限公司、博势商贸（上海）有限公司、上海星欣科技发展有限公司、上海建科工程项目管理有限公司范围主要技术内容主要内容包括：总则、术语、检测仪器、现场检测、检测报告等。是否包含专利信息否标准文本不公开

XRT 在半导体材料晶体缺陷表征中的应用介绍‍半导体（semiconductor）指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用，如二极管就是采用半导体制作的器件。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。按照半导体材料发展历程和材料本征禁带宽度，习惯上按照如下方法进行分类：第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗（Ge）这类半导体材料，主要兴起于二十世纪五十年代，其兴起也带动了以集成电路为核心的微电子产业的快速发展，并被广泛的应用于消费电子、通信、光伏、军事以及航空航天等多个领域。就应用和市场需求量而言，半导体Si材料仍是半导体行业中体量最大的，产品规格以8-12英寸为主。第二代半导体材料是以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为主的化合物半导体，其主要被用于制作高频、高速以及大功率电子器件，在卫星通讯、移动通讯以及光通讯等领域有较为广泛的应用。相比于第一代半导体而言，化合物半导体长晶和加工工艺复杂，产品附加值要高一些，产品规格以3-6英寸为主，国内部分厂家可以提供8英寸晶圆。第三代半导体材料包括了以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的宽禁带化合物半导体。相比于第一代及第二代半导体材料，第三代半导体材料在耐高温、耐高压、高频工作，以及承受大电流等多个方面具备明显的优势，因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，在电力电子器件、微波射频等领域的应用优势更为明显。产品规格以2-6英寸为主。图1不同半导体材料禁带宽度及应用[1]在半导体材料制备和应用过程中，对于晶体缺陷的要求与控制是十分重要的。因为晶体缺陷的类型、大小和多少直接决定了半导体器件性能的优劣和使用稳定性等性能指标。所以，无论是在晶体长晶环节还是晶片加工及晶圆外延等环节，都要进行晶体/晶圆缺陷检查，确保使用在器件上芯片是满足设计要求的。晶圆中常见的缺陷主要有如下几类，参见图2[2]。点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。空位、间隙原子、替位原子等；线缺陷：在两个方向上尺寸很小，而另一个方向上尺寸较大的缺陷。如位错，刃型位错和螺型位错；面缺陷：在一个方向上尺寸很小，在另外两个方向上尺寸较大的缺陷。如晶界、相界、表面等。体缺陷：杂质沉积、孔洞及析出相等。图2 半导体材料中常见晶体缺陷对于上述提到的四类半导体材料缺陷中，第一类缺陷属于原子层面的缺陷，通常是从掺杂及长晶工艺优化等角度去进行改进。通常不作为生产过程控制的主要参数，一般选择用其他方法进行测量，如采用FTIR方法可以测量Si晶体中代位C原子和间隙氧原子的浓度。第二到四类缺陷，则需要在加工环节进行100%直接或间接检测，确保所生产晶圆/芯片缺陷指标满足订单要求。对于这类缺陷传统方法就是采用腐蚀性化学药液（如熔融的KOH）对晶、体/圆进行腐蚀。在腐蚀过程中由于晶体有缺陷的区域会优先腐蚀，无缺陷区域则腐蚀速度相对较慢，所以在规定腐蚀时间后在晶圆表面会有腐蚀坑（Etch Pit）出现，这是一种破坏性的检测方法。腐蚀好的晶圆在显微镜下对这些腐蚀坑识别和计数，就可以得到该晶体的缺陷信息, 图3 为SiC 晶圆通过KOH腐蚀得到缺陷照片，缺陷主要有刃型位错、螺型位错和微管等[2]。图3 SiC 晶片腐蚀后缺陷形貌[3]对于半导体晶圆，上述传统缺陷表征方法最大的问题就是破坏性的，检测后的晶圆无法继续使用只能做报废处理。对于像第二代和第三代半导体材料而言，晶体生长技术要求水平较高，成品和晶圆数量受晶棒长度及其他加工方式限制而良率相对不高。像国内部分企业SiC 晶棒成品长度一般在20mm左右。如果按照单片晶圆成品厚度约在0.5mm，除去切割和研磨、抛光损耗，基本上0.8mm才能出一片合格晶圆。如果在晶棒头、尾各取一片晶圆去做缺陷检测，则有约8%的成本损耗。所以很多半导体厂家都希望有一种可以用于半导体晶体材料缺陷的表征的无损检测技术。日本理学株式会社（www.rigaku.com）作为全球著名的X-Ray 仪器制造商，自1923年以来，理学公司一直专注于X射线仪器领域的研发和生产。该公司生产制造的XRT (X-ray Topography)检测系统则是利用X射线的布拉格衍射原理和晶格畸变（缺陷）造成特征峰宽化和强度变化等特性，再结合理学公司开发的X射线形貌技术，可以对晶体内缺陷进行成像。这种XRT检测技术最大的优点就是无损检测，在不破坏晶圆的情况下实现2-12英寸半导体晶体中线缺陷、面缺陷和体缺陷的检测和表征。图4 XRT设备实物图图5 XRT 缺陷表征原理示意图[3]工作模式：XRT主要有反射成像和透射成像两种模式，反射模式是Cu靶，透射模式则是Mo靶，参见图6。透射模式成像后可以进行3D重构和成像，参见图7 SiC晶圆缺陷图片。图6 XRT 反射模式和透射模式[3]图7 SiC 晶圆缺陷表征[3]系统软件介绍：该仪器标配的图像分析软件可以对检测样品内的缺陷进行统计，给出缺陷数量和分布信息，参见图8。图 8 XRT 标配软件数据结果界面[3]后续我们会针对XRT在不同半导体材料检测和应用案例刊发几期相关介绍，敬请期待。附：[1] 第三代半导体-氮化镓(GaN) 技术洞察报告,P3 [2] 理学XRT 内部资料；[3] 理学XRT公开彩页.

X射线检测作为无损检测中一种相对较重要的检测方法，主要应用在工件内部形状缺陷检测，能够得到缺陷部位的直观图像，此外，还可对长、宽和高度等相关参数进行检测。因此，这项检测技术在各个行业中获得了广泛应用。为促进相关人员深入了解X射线无损检测技术的发展和应用现状，在即将召开的第二届无损检测技术进展与应用网络会议，特别设置射线检测技术专场，邀请了多位业内专家围绕X射线无损检测技术原理、仪器、应用等展开分享。部分报告预告如下：中国科学院上海硅酸盐研究所研究员 程国峰《X射线三维吸收成像技术原理及其应用》（报名听会）程国峰，理学博士，博士生导师，中国科学院上海硅酸盐研究所 X射线衍射结构表征课题组组长。中国晶体学会粉末衍射专业委员会委员、中国物理学会固体缺陷专业委员会委员、上海市物理学会X射线衍射与同步辐射专业委员会副主任兼秘书长。主要研究领域为X射线衍射与散射理论及应用、三维X射线成像术、拉曼光谱学等。曾先后主持国家自然科学基金、上海市和中国科学院项目多项，主编出版《纳米材料的X射线分析》、《二维X射线衍射》等专译著4部，发布国家标准和企业标准12项，获专利授权7项，在Nat. Mater.,J. Appl. Phys.，Mater. Lett.等SCI期刊上发表论文90余篇。中国科学院金属研究所高级工程师 王绍钢《Fe基非晶涂层的无损原位三维表征与评价研究》（报名听会）王绍钢，博士，高级工程师，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心技术支撑部射线组组长。长期致力于材料科学三维评价技术的开发及应用，进行多项软、硬件开发、改造或升级，在无损多相多维多尺度高分辨精确定量和原位多场动态三维评价等方面取得系列技术突破，相关技术在多个重大任务关键材料或部件自主研制中成功应用；负责公共射线技术平台，建设了具有衍射、成像和谱学的综合X射线表征平台。在Science Advances、Advanced Materials、Acta Materialia等SCI期刊上发表论文60多篇，被引用4900余次，H因子为29。申请发明专利5项，已授权2项。主持或参与国家973课题、国家面上自然科学基金、沈阳材料科学国家研究中心青年人才项目和中科院仪器创新项目等。国内外会议特邀报告、口头报告等40余次。Scientific Reports、Chemical Engineering Journal、 Intermetallics等14本SCI期刊特邀审稿人。曾获2014年中国百篇最具影响国际学术论文，2017年度中国精品科技期刊顶尖学术论文-领跑者5000论文，乌鲁木齐市科学技术进步奖一等奖，中国科学院研究生院优秀毕业生等。报告摘要：本报告将对X射线三维成像技术做个简要介绍，在此基础上，重点汇报如何利用X射线三维成像技术对Fe基非晶涂层进行无损三维表征与评价研究。Fe基非晶涂层具有强度高、抗腐蚀能力和抗磨损能力强等诸多优点，有望应用于油气生产、舰船关键部件以及核废水处理等环境。本报告将围绕非晶涂层实际应用中面临的一些腐蚀、冲击等问题，尝试通过无损三维表征与评价研究，来理解特定环境下的损伤机制，找出影响因素及规律，提高涂层的抗腐蚀和抗冲击性能，保障涂层实际应用的安全性和可靠性。上海理工大学副教授 詹科《X射线残余应力测试及应用》（报名听会）詹科，工学博士，上海理工大学副教授，硕士生导师。上海交通大学材料科学与工程学院获博士学位，2010年-2011年获国家留学基金委资助赴美University of Virginia联合培养。现为机械工程学会高级会员，机械工程学会材料分会委员，残余应力专业委员会副主任委员，中国机械工程学会喷丸技术专业委员会副主任委员，上海市物理学会X射线衍射学术委员会委员。目前主要从事金属基复合材料、材料表面工程、残余应力理论及应用等领域的研究。先后主持及参与多项国家自然科学基金、上海市自然科学基金、中国博士后基金等科研项目，发表SCI/EI 论文30余篇，申报专利10余项，参与编著《现代物理丛书-内应力衍射分析》，《金属材料喷丸强化及其X射线衍射表征》。先后与中国中车、中国船级社、宝钢中央研究院、上海航天装备总厂、新疆金风科技、上海华测等单位开展关键核心零部件的残余应力分析与优化研究。曾受邀作为主讲人开展材料喷丸强化及残余应力测试专题培训。报告摘要：在现代制造业中，从材料-零件-部件-整机装配-使用全寿命周期，残余应力对产品的疲劳，应力腐蚀性能以及尺寸稳定性影响较大，残余应力的检测及调控对提升产品质量及可靠性具有重要意义。在残余应力的测试方法中，X射线衍射方法由于其理论严谨，是残余应力测试最常用的有效方法之一。本报告围绕X射线残余应力测试基本原理及应用，拟介绍以下三部分内容：第一：残余应力的产生及调控方法；第二：X射线残余应力测试方法，介绍X射线残余应力测试基本原理，参数选择，在测试过程中存在的问题；第三：X射线残余应力测试在工程实践中的应用。微旷科技总经理、南京工业大学教授 马毅《极端服役环境X射线CT研发与应用》（报名听会）马毅，工学博士，现为南京工业大学教授、长三角先进材料研究院项目总监，微旷科技（苏州）有限公司联合创始人，担任总经理职务。长期专注于极端服役环境材料失效研究和原位X射线三维成像装备开发。主持完成多项国家自然科学基金和浙江省自然科学基金项目，担任科技部重点研发计划课题负责人，作为骨干参与国家重大科研仪器研制项目。以第一/通讯作者在Acta Mater, Scripta Mater, Int J Fatigue, Eng Fract Mech, Fatigue Fract Eng M等材料和工程权威期刊发表论文50余篇，引用超过1400次。申请发明专利四十余项授权多项。长期多个SCI期刊长期审稿人。报告摘要：本报告主要介绍高性能原位X射线CT设备的研发。该设备基于X射线强穿透能力和计算机断层扫描技术，结合亚微米级精密控制转台和机械控制，实现微米级高分辨X射线CT成像，以及毫米/厘米级试样的三维无损成像。通过配置超高温模块、低温模块、高载荷模块(拉伸/压缩/弯曲/疲劳)，构建热-力耦合系统，实现超高温变形、超低温变形以及热冲击、疲劳、蠕变等复杂工况下材料和工程构件的原位CT成像。奥龙集团董事长兼总经理、高级工程师 李义彬《2D、3DX射线智能检测系统》（点击报名）李义彬，高级工程师，毕业于大连理工大学电子工程系，丹东奥龙射线仪器集团有限公司董事长，从事无损检测技术研发工作三十余年。先后取得10余项国家专利，参与制订4项国家及行业标准，获得辽宁省科技进步奖二等奖、三等奖及市科技进步奖项11项。带头承担国家高技术产业化示范工程项目、国家重大科学仪器设备开发专项等国家、省部重点项目6项。先后组织完成了XYD-4010/3型X射线实时检测系统等多项课题研究；其中组织完成的ICT-3400型工业CT无损检测系统课题研究填补了国内空白。任辽宁省人大代表，中国仪器仪表行业协会常务理事，中国仪器仪表学会试验机分会副理事长，辽宁高层次科技专家库专家，中国机械工业科学技术奖仪器仪表专业评审组专家，中国机械工程学会无损检测分会射线检测专业委员会委员，丹东市科学技术协会副主席。报告摘要：2D、3D X射线检测设备不光应用在工业领域，同样应用于科研、航空航天、军工等领域。2D、3D智能检测提高了检测效率，解放了劳动力，并提供了全面且精准的检测结果，是X射线无损检测设备重要发展方向。TESCAN资深应用工程师 袁明春《TESCAN Micro-CT系统及原位动态4D应用介绍》（点击报名）袁明春，无损检测专业硕士，曾在BAM德国联邦材料研究与测试研究所（8.3）、上海材料研究所工作学习过。现就职于泰思肯贸易（上海）有限公司，任动态原位Micro-CT资深应用工程师。主要负责动态原位显微CT和新产品-能谱CT的应用工作以及客户培训工作，熟悉亚微米扫描、真实时4D动态原位超快速扫描以及多尺度联动（大样品）扫描。了解CT系统在电子、半导体、汽车、航空航天、医疗、生物、材料、地矿等众多领域的3D成像和4D动态成像的应用。报告摘要：当下CT系统多专注于三维成像，随着原位实验需求与日俱增，静态3D结果已无法满足科研和工业需求，TESCAN显微CT不仅可实现多尺度的高分辨（亚微米）、高通量三维成像，也可进行长时间连续扫描（几百小时）以及快速“4D”动态成像。本报告将展示如何使用动态CT对原本无法观测的连续变化或只能模拟仿真的实验实现实时观测。岛津企业管理（中国）有限公司市场专员 李惠《应用于工厂快速筛查的三维检测工具》（点击报名）李惠，多年从事NDI产品工作，现负责NDI产品市场专员工作。报告摘要：本报告主要介绍岛津从客户实际应用出发，新研发的X射线台式CT。该设备操作简便、图像清晰，特别适合工厂的快速筛，为产线检测带来新思路。第二届无损检测技术进展与应用网络会议为推动我国无损检测技术发展和行业交流，促进新理论、新方法、新技术的推广与应用，仪器信息网将于2023年9月26-27日召开第二届无损检测技术进展与应用网络会议。本届会议开设射线检测技术、超声检测技术、无损检测新技术与新方法（上）、无损检测新技术与新方法（下）四大专场，邀请二十余位无损检测领域专家老师围绕无损检测理论研究、技术开发、仪器研制、相关应用等方面展开研讨，欢迎大家在线参会交流。一、主办单位：仪器信息网二、支持单位：吉林大学三、参会指南1、进入会议官网（https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/ndt2023/）进行报名。扫描下方二维码，进入会议官网报名2、报名并审核通过后将以短信形式向报名手机号发送在线听会链接。3、本次会议不收取任何注册或报名费用。4、会议联系人高老师（微信：iamgaolingjuan 邮箱：gaolj@instrument.com.cn）周老师（微信：nulizuoxiegang 邮箱：zhouhh@instrument.com.cn）

液滴的高效抓取和无损释放在医学中的药物融合或靶向转移、冷凝器表面或芯片实验室热耗散等领域有着重要的应用。目前，液滴转移往往由两个具有不同粘附性的表面去实现，即将液滴从低粘附浸润表面转移至高粘附浸润表面，且液滴的无损、自由释放较难实现。最近，北京理工大学先进结构技术研究院陈少华、刘明课题组设计并制备了一种新型的多级微结构仿生功能表面，可利用同一表面实现液滴的高效抓取和无损释放。该表面由磁颗粒填充的微尺度平板阵列结构组成，微平板尺寸为5mm×0.12mm×1mm，每个微平板左右两侧分别分布有尺寸为60μm×60μm×50μm的矩形凹槽阵列结构和尺寸为0.1mm×0.05 mm×1mm的矩形条带阵列结构，如图1所示。该研究首先使用精度为10μm的3D打印机（nanoArch S140，摩方精密）制备实验模板，再结合倒模法制备出具有磁响应特性的多级微结构阵列表面。图1 微平板阵列功能表面的 (a)结构示意图及其(b)实验制备简图磁场作用下，操控微平板产生定量的弯曲大变形，使含矩形凹槽阵列的表面完全暴露，其粘附力高达252μN，接触角为151º，呈现类似玫瑰花瓣的高粘附浸润特性，可有效抓取体积较大的液滴；旋转磁场使其形变恢复，表面粘附力降低至57μN，呈现类似荷叶的低粘附浸润特性。进一步对微平板阵列结构的几何特征参数进行优化设计，结合表面在类玫瑰花瓣高粘附状态和类荷叶低粘附状态之间自由切换的特性，可将此多级仿生表面有效地作为液滴无损转移的“机械手”，液滴无损释放及其转移过程见图2-3所示。图2液滴的无损、自由释放行为图3 液滴无损转移过程该成果以“Amechanical hand-like functional surface capable of effciently grasping andnon-destructivelyreleasing droplets”为题发表在国际顶级期刊Chemical Engineering Journal (IF = 13.273，中科院工程技术类分区一区)上。北京理工大学先进结构技术研究院和机械与车辆学院博士后刘明为文章第一作者，陈少华教授为通讯作者，彭志龙教授、姚寅副教授和博士研究生李程浩参与了该工作，此工作得到了国家自然科学基金（No.12032004, 11872114, 12102041）和中国博士后科学基金（No. 2021M690401）的支持与资助。原文链接：https://authors.elsevier.com/c/1dtwc4x7R2YpjE官网：https://www.bmftec.cn/links/10

万升云，1966年生，湖北浠水人，1989年毕业于西南交大，1999年华中科技大学进修深造，获博士学位。教授级高级工程师，中国南车第二届首席技术专家，非欧盟国家唯一一位EN473/ISO9712无损检测人员资格鉴定与认证主考官。 　　在中国南车大学内，新一期国际无损检测培训班本月举办。主讲人是一位头发花白、表情严肃的工程师 而听讲的人员中，不乏来自多家外企的专业检测人员。 　　站在讲台上的是万升云博士，在欧盟国家之外，他是无损检测领域顶尖的代名词。 　　漂亮的第一 　　2012年2月12日&mdash 25日，德国技术监督协会(TUV)组织三名权威专家对戚墅堰所无损检测人员培训考试中心考官及培训师进行考核。考核所有项目必须一次性通过，没有补考的机会。 　　繁忙的工作并没给万升云多少准备时间，凭借扎实的基本功及多年的实践，使他相信自己能够迎接着突如其来的挑战。万升云满怀信心地走上了考场。这一考，就是12天。 　　他不负众望，以全优的成绩通过了全部考试。这也意味着，今后由万升云所签发的检测报告、考生考试成绩证明和考试报告，将为国际公认。 　　2012年3月15日，万升云收到了德国莱茵公司颁发的EN473/ISO9712无损检测人员资格鉴定与认证主考官资格证书，成为欧盟国家之外第一个获得该证书的主考官。也是在这一年，万升云成功将中国南车戚墅堰所的无损检测培训高端技术服务推向了世界领域。 　　2012年2月，在万升云带领的团队的努力下，中国南车戚墅堰所被德国莱茵TUV公司授权为EN473/ISO9712无损检测人员资格认证的培训中心和考试中心，这也是中国大陆第一个也是唯一获得莱茵TUV认证授权的机构。 　　填补国际空白的&ldquo 图谱&rdquo 　　20多年来，万升云解决了多项困扰行业和公司的技术难题，为公司创造数千万的效益。而让万升云和戚墅堰所员工感到自豪的，除了他&ldquo 非欧盟国家第一人&rdquo 的荣誉之外，还有其一项《机车车辆重要零部件表面探伤缺陷图谱》著作，正是这本著作填补了国际空白。 　　一直以来，对机车车辆重要零部件表面探伤评定，受探伤人员的经验及技术水平影响较大，导致同类样件检测评定结果存在较大差别，其所引起的产品质量误判会给铁路运输带来很大的安全隐患。 　　万升云和他的项目团队首创了用&ldquo 图谱&rdquo 代替人工的方法，即《机车车辆重要零部件表面探伤缺陷图谱》。在《图谱》的著作过程中，通过对机车车辆(动车)重要零部件分别进行磁粉和渗透检验，采集各种零部件大量的检验缺陷图片，并通过对各种零部件材质、加工工艺、探伤工艺、缺陷成因等进行综合分析及验证，分别对各类缺陷进行归类和定性分析。 　　图谱的使用，对提高铁路行业探伤人员的工作效率、缺陷评判的准确性、杜绝误判、漏检及提高产品质量方面有着极为重要的意义。 　　注重基础研究 　　工作以来，万升云先后主持完成省部级以上科技项目18项，制定国家标准3项，铁道部行业标准20余项，南车企业标准60余项，发表学术论文80余篇，其中7篇论文被EI或SCI收录和检索 获得国家发明和实用新型专利授权及受理20项。多项研究成果获得铁道部和中国南车科学技术奖。 　　万升云常说，技术研究人员不能只关注个人的发展，更要关注行业的发展 不能只为自我做贡献，还要主动为行业发展做贡献。 　　在万升云主持的科研项目，发表的学术论文，申报的专利中，有一半以上属于基础学科研究，这样的项目并不能直接给他带来明显的名利，但对整个机车车辆行业无损检测水平的提高，对整个铁路运输安全的保障有着重要的意义。在有些人看来 ，这些都是 &ldquo 费力不见得讨好的事情&rdquo 。虽然如此，万升云都义无反顾的做了。因为他知道，这些事情对他个人来说或许是&ldquo 不讨好&rdquo ，但对中国铁路事业发展的好处却实实在在。&ldquo 7· 23&rdquo 甬温线特别重大铁路交通事故发生后，万升云对自己和团队的要求更加严格了，&ldquo 干探伤工作,必须发扬&lsquo 头发丝&rsquo 精神,对探伤的每一个波形、磁痕都要认真观察，细之又细。&rdquo 万升云说。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 航空器复合材料缺陷和损伤有层板分层、脱胶、裂纹、气泡、夹杂、侵蚀、不恰当固化、芯材变形、基体开裂等。此外在使用过程中也可能产生表面划伤、表面裂纹、进水、穿透穿孔、芯材压坏、冲击损伤等。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这些缺陷和损伤产生的原因多种多样，复合材料中的缺陷可能表现为一种类型，也可能多种并存。它们的产生和存在将降低材料的物理性能和力学性能甚至造成不可预见的严重后果。有的存在于表面，肉眼可见。有的产生于材料内部，必须要借助无损检测方法才能识别。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 300px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/31bce36b-6d02-4c4a-a919-76c44871d2c6.jpg" title=" 航空.jpg" alt=" 航空.jpg" width=" 450" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 复合材料无损检测技术 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 1、目视检查 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 目视检查是发现材料表面损伤最简单有效的方法，它可以发现划痕、剥落、表面开裂、龟裂、近表面的分层、严重的脱粘等。配合使用高强度手电、纤维镜和内窥镜等可以先行判定损伤发生的区域。然而它的缺点是显而易见的，无法彻底检查内部损伤的类型、程度、尺寸等。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2、敲击法 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 敲击法是用硬币、小锤等轻质硬物敲击材料表面，声学反馈可以显现材料内部是否存在损伤。敲击法可有效地检测2mm厚复合材料层板的脱粘、脱层等损伤，并且该方法尤其适用于蒙皮结构, 蜂窝结构的损伤检测。人工敲击法虽然成本低、速度快，但依赖于操作者主观经验，人为因素大。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 为了提高检测效率，消除人为因素发展出了自动敲击法。其原理是通过采集分析敲击后的振动信号，与无损伤区域的频谱特征进行比较来识别损伤。自动敲击法设备简单，成本低，使用简便、快速精确，不受周围环境影响。但它无法检测微小损伤，如裂纹。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 3、超声无损波检测 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 由于复合材料本身及缺陷能够影响超声波的传播和反射，因此通过检测衰减信号或者回波信号可以确定损伤所在的区域和尺寸。超声波能够检出航空器复合材料板分层、孔隙、裂纹和夹杂等。超声波检测，设备便携便于操作，能够精确检出损伤发生的区域和尺寸。但操作者须经专门培训，对于不同类型的缺陷还需使用不同的探头和耦合剂，而且对于航空器上经常使用的薄壁结构或者复杂部件难以检测。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 4、微波无损检测技术 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 微波无损检测原理与超声波无损检测类似，但由于微波相比超声波穿透性能良好，在复合材料中衰减小。对复合材料结构中的孔隙、疏松、基体结构开裂、层板分层和脱胶等缺陷具有较高的灵敏度，能够准确检出复合材料内部较深处的缺陷。微波无损检测操作方便，无需耦合剂。相比于射线，微波对人体无害。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 5、射线无损检测 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 目前射线检测主要采用胶片照相法，其原理是当X射线照射被检工件时，损伤区域对射线吸收率与正常区域不同，比较两者间差异来判别损伤位置。射线检测对复合材料中的孔隙、夹杂(特别是金属夹杂)具有良好的检出能力。并且可以提供直观的检查图像结果。但它不能检出与射线垂直方向上的裂纹，并且设备复杂，操作人员须经安全防护，必须经过相关专业培训。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 计算机断层扫描成像(CT)技术也被广泛用于复合材料的无损检测。计算机断层扫描成像(CT)技术是利用X射线在材料内不同的衰减系数为基础，采用数学方法经计算机处理，从而重现每个断层图像的方法。它能够显示出每一个断层上的结构和组份的分布情况，可以克服一般X射线检测造成的影像重叠和模糊，利用CT扫描技术可在一定范围内精准检出损伤尺寸，但其设备庞大复杂，不适合外场使用。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 6、红外热成像无损检测技术 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 红外热成像无损检测技术分析被检对象的红外辐射特性，当被检工件内部存在缺陷或损伤时，将改变其表面温度分布，通过红外热成像可检出损伤位置。该方法尤其适用于厚度较薄复合材料的检测，可检出分层、脱粘、夹杂等，结果直观,快速、精准、可靠，效率高。但它要求材料表面热传导率高。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 航空器复合材料无损检测技术的选用 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 适用于航空器复合材料的无损检测有技术很多，但由于不同类型的检测技术对不同缺陷的检出灵敏度差别很大，同时还与材料类型、材料生产方式、生产工艺、缺陷损伤所处位置等有关。应当充分考虑检测效率，检测成本，设备可达性，对航空器适航性的影响等。所以不可能采用单一类型检测技术判别航空器复合材料中的缺陷类型、位置、尺寸。应当根据材料中可能存在的缺陷类型以及缺陷所处的大概位置、方向等因素选择多种适当的方法进行综合检测。另外，必须严格依据飞机结构修理手册或者维护手册的规定来实施无损探伤。比如SR20飞机维护手册中就规定对可疑区域(包括明显的损伤)，应当首先使用目视法和敲击法来进行预先检查。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(127, 127, 127) " i 以上内容摘自：孙延军.航空器复合材料无损检测技术及评价[J].科技创新导报,2020,17(03):2-3. /i /span /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/FHCL/" target=" _self" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/f898e092-409e-4c76-8a6a-7dacc74c5e44.jpg" title=" 1920_420cl.jpg" alt=" 1920_420cl.jpg" / /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了快速发展。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 为进一步促进全国各地高校、科研院所、企业等相关从业人员进行表征与检测技术交流， span style=" color: rgb(227, 108, 9) " strong 仪器信息网将于2020年6月15日举办“复合材料性能表征与评价”主题网络研讨会 /strong /span ，邀请领域内杰出专家和业内人士围绕复合材料力学与物理性能、损伤与破坏、宏微观多尺度模拟、疲劳特性等方面带来精彩报告，并为参会人员搭建网络互动平台进行学术交流。 /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(227, 108, 9) " strong 报告日程更新中 /strong /span a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/FHCL/" target=" _self" span style=" color: rgb(227, 108, 9) " （点击免费报名 /span span style=" color: rgb(227, 108, 9) " 听会） /span /a /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202005/pic/d3fa6168-5270-47d4-b9d8-3276bf1473ff.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(227, 108, 9) " strong 参会方式（手机电脑均可参会） /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 1、官网报名（ a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/FHCL/apply.html?temp=0.9525740171262658" target=" _self" style=" text-decoration: underline color: rgb(227, 108, 9) " span style=" color: rgb(227, 108, 9) " 点击报名链接 /span /a ）； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2、报名成功，通过审核后您将收到通知； /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 3、会议当天您将收到短信提醒，点击短信链接，输入报名手机号，即可参会。 /p p br/ /p

无损检测仪器，是指对材料或工件实施一种不损害或不影响其未来使用性能或用途的检测仪器。这类仪器能发现材料或工件内部和表面所存在的缺欠，能测量工件的几何特征和尺寸，能测定材料或工件的内部组成、结构、物理性能和状态等，因此，在很多领域中都发挥着重要作用。 　　华测检测布局无损检测市场 　　华测检测拟以&ldquo 现金 定增&rdquo 方式购买华安检测100%的股权，从而进军工业工程领域的无损检测市场。 　　据了解，华安检测是一家全国性、综合性的无损检测技术服务机构，主要从事特种设备(锅炉、压力容器、压力管道和游乐设施)、建筑桥梁、船舶和电力(行情专区)等领域的无损检测业务。目前，华安检测下设四家子公司和两家分公司。据中国特种设备检验协会公布的数据，截至2013年9月30日，我国共有377家公司获得无损检测机构资质，其中：A级29家，B级89家及C级259家，目前华安检测已取得A级资质，并且其两家子公司泰克尼林和科瑞检测也已分别取得B级资质。 　　公告指出，华安检测作为国内较早一批从事第三方无损检测机构，在所属的细分市场占有一定的市场份额。目前，华安检测已成为国内为数不多的实现跨区域布局的无损检测机构，现有十多个工程部，分布在华东、华南、华北、东北、西北等全国各地，并已逐步形成了稳定的业务来源渠道 同时，华安检测已成为服务行业领域较广的无损检测机构之一，已经进入特种设备安装建设、市政建设、建筑钢结构、油田、石化、核电、船舶等领域，初具规模并具有较强的竞争力。 　　华测检测表示，此次收购完成后，华测检测将进入工业工程领域的无损检测市场，从而会更加深入的发展基于&ldquo 贸易保障、消费品检测、工业品检测、生命科学领域&rdquo 的综合检测服务，对于公司致力于提供综合检测服务具有重要的意义。 　　行业发展空间大 　　为了促进我国无损检测行业的长期发展，我国也在不断提高和修订相关行业标准。2013年，对《无损检测仪器仪器抽样出厂型式检验基本要求》、《无损检测仪器工业x射线数字成像装置性能检测规则》、《无损检测仪器工业电子内窥检测仪》等众多标准进行起草和修订，促进我国现代化无损检测技术稳步向前。 　　同时，现有的国产无损检测设备的功能与性能指标相对于国外同类的先进仪器尚有较大的提高与扩展的空间，需要国内相关企业继续加大研发和创新。 　　当前，随着技术的发展和进步，无损检测仪器的种类在不断增多，主要有超声波探伤仪、磁粉探伤仪、x射线探伤仪、涡流检测仪、声发射仪、磁记忆检测仪等等。在产品设计、材料选择、加工制造、成品检验、在役检查(维修保养)等方面分别起着重要的作用。同时，无损检测技术的应用面会越来越广、应用要求会越来越高，各行各业以及更多的领域需要应用无损检测技术，给无损检测设备带来了巨大的市场需求。 　　无损检测技术的应用 　　超声检测是应用最广泛的无损检测技术,具有许多优点,但需要耦合剂和换能器接近被检材料,因此,超声换能、电磁超声、超声相控阵技术得到快速发展。其中,超声相控阵技术是近年来超声检测中的一个新的技术热点。 　　超声相控阵技术使用不同形状的多阵元换能器来产生和接收超声波波束,通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲的时间延迟,改变声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系,实现聚焦点和声束方向的变化,然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。与传统超声检测相比,由于声束角度可控和可动态聚焦,超声相控阵技术具有可检测复杂结构件和盲区位置缺陷和较高的检测频率等特点,可实现高速、全方位和多角度检测。对于一些规则的被检测对象,如管形焊缝、板材和管材等,超声相控阵技术可提高检测效率、简化设计、降低技术成本。特别是在焊缝检测中,采用合理的相控阵检测技术,只需将换能器沿焊缝方向扫描即可实现对焊缝的覆盖扫查检测。 　　微波无损检测技术将在330～3300MHz中某段频率的电磁波照射到被测物体上,通过分折反射波和透射波的振幅和相位变化以及波的模式变化,了解被测样品中的裂纹、裂缝、气孔等缺陷,确定分层媒质的脱粘、夹杂等的位置和尺寸,检测复合材料内部密度的不均匀程度。 　　微波的波长短、频带宽、方向性好、贯穿介电材料的能力强,类似于超声波。微波也可以同时在透射或反射模式中使用,但是微波不需要耦合剂,避免了耦合剂对材料的污染。由于微波能穿透对声波衰减很大的非金属材料,因此该技术最显著的特点在于可以进行最有效的无损扫描。微波的极比特性使材料纤维束方向的确定和生产过程中非直线性的监控成为可能。它还可提供精确的数据,使缺陷区域的大小和范围得以准确测定。此外,无需做特别的分析处理,采用该技术就可随时获得缺陷区域的三维实时图像。微波无损检测设备简单、费用低廉、易于操作、便于携带.但是由于微波不能穿透金属和导电性能较好的复合材料,因而不能检测此类复合结构内部的缺陷,只能检测金属表面裂纹缺陷及粗糙度。 　　近年来,随着军事工业和航空航天工业中各种高性能的复合材料、陶瓷材料的应用,微波无损检测的理论、技术和硬件系统都有了长足的进步,从而大大推动了微波无损检测技术的发展。

引言红外热成像是具有非接触、检测面积大、检测结果直观等突出优势的新兴无损检测技术，近年来被广泛应用于金属、非金属、纤维增强复合材料以及热障涂层等的无损检测与评价。碳纤维增强复合材料(CFRP)与玻璃纤维增强复合材料(GFRP)是目前发展最为成熟、已被广泛应用于航空航天、船舶、交通运载和风力发电等领域的结构复合材料。然而，它们的层状以及非均匀微观结构使得它们在生产和使用过程中极易萌生和发展为多种类型的缺陷，如涂层脱粘、界面分层等，极大地降低了复合材料/涂层结构件的使用性能与寿命，严重时甚至酿成灾难性事故。热障涂层作为一种陶瓷层可沉积在基体材料的表面，对基体材料起到隔热保护的作用，目前已被广泛用作航空发动机、聚变反应堆、火箭喷管等高端装备的高温热防护部件。图1 某航空发动机及其涡轮叶片热障涂层结构示意图为控制FRP复合材料/涂层结构的质量，确保高端装备的安全可靠运行和低维护成本，开发先进的无损检测与评价方法或技术对其进行高效、可靠地检测与评价是非常必要的。目前比较有代表性的无损检测与评价技术有射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和电磁检测等。但这些方法各有所长，也有其各自的局限性。例如，超声法中耦合剂的使用会致使检测表面受到污染；电磁法虽易于实现自动化检测，但仅适用于非铁磁性材料，且多用于检测近表面缺陷信息。红外热波成像技术由于具有非接触、快速、检测面积大、检测结果直观等优点，非常适合于复合材料/涂层结构的在线检测与缺陷表征，近年来得到人们的重视和广泛关注。01 红外热波成像技术任何高于绝对零度的物体都会向周围环境发出电磁热辐射，根据Stefan-Boltzmann定律，其大小除与材料种类、形貌和内部结构等本身特性有关外，还与波长和环境温度有关，而红外热波成像技术即是利用红外热像仪通过遥测材料表面温度场，从而实现对材料结构特性和物理力学性能的无损检测与评价。根据被测对象是否需要施加外部热激励，该技术可分为主动式与被动式，其中主动式红外热波无损检测技术由于具有更高的热对比度与检测分辨率，近年来受到极大的关注。主动式红外热波检测技术是利用外界热源对待测试件进行热激励，同时利用红外热像仪记录其表面温度场的演化历程，并通过对所获得的热波信号进行特征提取分析，以达到检测材料表面损伤和内部缺陷的目的。根据外激励热源的不同，该技术又可被分为光激励红外热成像、超声红外热成像与电涡流红外热成像等。图2总结了目前主动式红外热波成像检测技术中的主要分类依据及分类结果。图2 主动式红外热成像检测技术的主要分类依据及结果虽然红外热成像无损检测技术种类众多，但由于所检测对象琳琅满目，且结构与物理特性比较复杂，因此在实际应用中需结合检测对象本身特性，选择一种相对合适且高效的主动式红外热波成像无损检测方法，从而达到对待测对象进行高分辨率、高精度、快速可靠检测与评价的目的。光激励红外热成像是主动红外热成像中一种相对高效的无损检测方法，由于其非接触、非破坏、检测时间短、检测面积大、易于实施等突出优点，在热障涂层结构、纤维增强复合材料无损检测与评价中备受关注。在该方法中，当外激励光源入射到待测试件时，基于光热转换效应所产生的热波扩散并与内部界面或缺陷相互作用，同时，利用红外热像仪远程记录待测试件表面的瞬态热响应，即红外热图像序列。然后，借助先进的后处理算法对所获取的热图像序列进行综合分析，从而实现待测试件的无损检测与定量表征。图3为光激励热成像技术原理和目前常用光激励红外热成像检测系统。图3 光热无损检测原理及典型闪光灯激励热成像检测系统此外，根据热激励形式的不同，红外热成像技术又可被分为红外脉冲热成像、红外锁相热成像与红外热波雷达成像，这也是根据红外热成像发展历程、目前最为常用的分类方法之一。红外脉冲热成像技术检测效率高，但其探测深度通常较浅，无法满足对材料深层缺陷高分辨率检测的要求；且其检测结果易受表面加热不均匀、表面反射率及发射率不均等影响，瞬时高能量脉冲也易使材料表面产生热损伤。为克服红外脉冲热成像技术的局限性，红外锁相热成像技术应运而生，但由于该技术在单一调制频率热激励下仅能探测与其热扩散长度相对应深度的内部缺陷，因此对FRP复合材料或热障涂层类结构内不同深度或不同铺层界面的缺陷，需选择不同调制频率对待测试件进行激励，因此，该方法检测时间仍相对较长且易出现漏检。红外热波雷达是一种新兴的无损检测技术，具有红外脉冲热成像与红外锁相热成像技术所无法比拟的突出优势，如高分辨率、高检测效率、大探测深度等，近年来备受关注。表1总结了红外脉冲热成像、红外锁相热成像以及红外热波雷达成像这3种技术的优缺点及适用范围。02 FRP复合材料光激励红外热成像无损检测研究现状2.1 红外脉冲热成像检测技术红外脉冲热成像技术是发展最早且目前应用最为广泛的一种红外热波无损检测技术，该技术是使用高能光源（如激光、卤素灯、闪光灯）对待测试件进行非常短时间（通常几毫秒）的脉冲激励加热，由于内部界面或缺陷的热阻效应会对待测试件表面温度场产生差异，然后，利用红外热像仪同步记录这种温度差异，并借助于先进的后处理算法可实现对待测试件内部界面或缺陷的无损检测与评价。红外脉冲热波检测技术检测速度快，且对厚度较小的试件具有较好的检测结果，但其探测深度非常有限，不适用于检测大厚度构件。此外，该技术还易受表面加热不均、表面发射率不均等影响，瞬时高能量脉冲也易使试件表面产生热损伤。FRP复合材料的强各向异性和显著内部界面效应，极易使得其产生界面分层等类型缺陷，极大影响FRP复合材料结构或装备的使用性能。[英国巴斯大学Almond等]对CFRP复合材料裂纹状缺陷的边缘效应进行了研究，并提出了一种瞬态热成像法测量缺陷尺寸的方法。[加拿大拉瓦尔大学Maldague等]提出了一种将脉冲热成像与调制热成像技术相结合的红外脉冲相位热成像检测技术，该技术基于傅里叶变换可获得能无损表征CFRP复合材料的相位图像，因此克服了脉冲热成像技术对表面加热均匀性的限制。[意大利学者Ludwig等]研究了红外脉冲热成像检测技术中的热损失与三维热扩散对缺陷尺寸测量的影响。[加拿大拉瓦尔大学Maldague等]为了克服脉冲热成像技术的局限性，提出了双脉冲激励热成像检测技术，并表明该技术可进一步增强热对比度。[加拿大学者Meola等]利用脉冲热成像法对GFRP复合材料的低速冲击损伤进行了无损检测。[英国巴斯大学Almond等]又通过解析法研究了脉冲热成像技术的缺陷检测极限与缺陷径深比、激励能量以及缺陷深度都密切相关。[伊朗桂兰大学Azizinasab等]还提出了一种使用局部参考像素矢量来处理脉冲热成像检测结果的瞬态响应相位提取方法，实现了CFRP复合材料缺陷检测和深度预测。此外，为增强FRP复合材料缺陷检测效果，许多集成先进特征提取方法的脉冲热成像检测技术也被提出，例如主成分热成像、矩阵分解热成像、正交多项式分解热成像和低秩稀疏主成分热成像。国内的哈尔滨工业大学、电子科技大学、湖南大学、东南大学、火箭军工程大学、首都师范大学、南京诺威尔光电系统有限公司等科研单位也对FRP复合材料红外脉冲热成像无损检测技术开展了大量研究工作，并取得了丰硕的研究成果。[首都师范大学]研究了GFRP复合材料脉冲热成像检测的热图像序列的分割与三维可视化，并提出了一种基于局部极小值的图像分割算法。[北京航空航天大学]对FRP复合材料次表面缺陷红外脉冲热成像无损检测的检测概率进行了深入研究，并分析了阈值、特征信息提取算法等对检测概率的影响。此外，国内研究学者还提出集成了稀疏主成分分析、矩阵分解基算法、流形学习[30]和快速随机稀疏主成分分析等算法的红外脉冲热成像检测技术。2.2 红外锁相热成像检测技术红外锁相热成像技术是20世纪90年代初发展起来的一种新型数字化无损检测技术，该技术是利用单频正弦调制的热激励源对待测试件进行加热，然后，待测试件内部将也产生一个呈周期性变化的温度场，由于缺陷区与无缺陷区处的表面温度场存在差异，因此采用锁相算法可对表面温度场进行幅值与相位提取，最终实现对材料表面损伤或内部缺陷进行无损检测与评价。红外锁相热成像检测技术的探测范围要大于红外脉冲热成像检测技术，此外，通过降低激励频率大小可增大探测深度。英国华威大学和意大利那不勒斯大学等研究学者较早地将红外锁相热成像技术用于CFRP航空件缺陷检测，并证实了该技术与瞬态热成像与超声C扫描无损检测技术相比，更适于CFRP航空件表面冲击损伤的快速无损检测。[Pickering等]研究了同等激发能量下，红外脉冲热成像和红外锁相热成像对CFRP复合材料分层缺陷的检测能力。[Montanini等]证实了红外锁相热成像技术也可用于厚GFRP复合材料的无损检测，并深入研究了与缺陷几何形状和深度相关的检测极限问题。[Lahiri等]发现随着GFRP复合材料缺陷深度增加，利用红外锁相热成像技术所获得的相位对比度增大，而热对比度却减小。[Oliveira等]提出了一种融合光学锁相热成像和光学方脉冲剪切成像的CFRP复合材料冲击损伤高效表征方法。国内哈尔滨工业大学、浙江大学和东南大学等科研人员也对FRP复合材料红外锁相热成像检测开展了较多有价值的研究工作。[哈尔滨工业大学]对CFRP复合材料分层缺陷的大小和深度以及热物性的无损检测与定量评价，开展了系统的理论与实验研究，并提出了多种先进特征增强算法来提高其内部分层缺陷的可视性。[浙江大学]使用红外锁相热成像无损检测CFRP复合材料分层缺陷，并利用深度学习对测量过程中的传感器噪声、背景干扰等进行有效去除，显著提高了CFRP复合材料次表面缺陷无损检测与定征的精度。[东南大学]针对CFRP复合材料分层缺陷红外锁相热成像无损检测中所存在的热成像数据缺失以及低帧率导致的低分辨率问题，提出了基于低秩张量填充的热成像检测技术，不仅可有效解决红外锁相热成像数据高度缺失问题，还可显著提高常用红外热像仪的帧频率。2.3 红外热波雷达成像检测技术近年来，红外热波雷达成像技术因检测效率高和灵敏度高以及不易对材料产生热损伤而受到越来越多的关注，并开始应用于FRP复合材料的无损检测与评价。红外热波雷达成像技术具有红外脉冲热成像技术与红外锁相热成像技术所无法比拟的优势，但由于被用于FRP复合材料无损检测与评价的时间并不长，尚存在一定的局限性。例如，由于通常采用较低调制频率激励源去探测较深范围的内部缺陷信息，随之而来的是热扩散长度的增大，致使检测分辨率降低；另外，为提高检测信号的信噪比，通常采用增加热流激励强度的方法来解决，但在检测重要目标构件时，为防止对检测对象的热损伤，这种方法并不适合。[加拿大多伦多大学Mandelis教授]与[印度理工大学Mulaveesala教授]首先将线性调频雷达探测技术引入到红外热成像检测技术中，提出了脉冲压缩热成像或热波雷达无损检测技术。为显著提高探测热波信号的信噪比与灵敏度，随后提出了热相干层析成像和截断相关光热相干层析成像技术，截断相关光热相干层析成像技术的具体原理如图4所示。图4 截断相关光热相干层析成像检测技术原理：(a) 截断相关光热相干层析成像数学实施；(b) 激光诱导热成像系统框图印度理工学院与印度塔帕尔工程技术大学等科研人员还将脉冲压缩热成像与红外脉冲热成像等其他检测技术在检测FRP复合材料次表面缺陷时的检测性能进行了对比，并分析了各种技术的优势所在。为增强FRP复合材料分层缺陷检测，[比利时根特大学]也提出了离散频率相位调制波形的热波雷达技术，并证明了该技术具有更高的深度分辨率。国内的科研人员也对脉冲压缩热成像或热波雷达开展了较多的研究工作，并取得了重要的创新研究成果。[哈尔滨工业大学]较早地将红外热波雷达成像技术拓展到CFRP复合材料铺向和分层缺陷的无损检测与评价，并对热波雷达检测技术的特征提取方法也开展了深入研究。[湖南大学]和[电子科技大学]还分别用感应红外热成像/热波雷达检测技术和参考脉冲压缩热成像检测技术对CFRP复合材料分层缺陷检测，并取得了较为满意的检测效果。[东南大学]也提出了正交频率相位调制波形的热波雷达检测技术，可有效增强CFRP复合材料分层缺陷的检测效果。03 热障涂层红外热波成像无损检测研究现状关于热障涂层红外热波检测技术的研究始于20世纪80年代，伴随着信息电子与计算机技术的快速发展，近年来在航空和先进装备等领域受到极大关注。在目前的热障涂层红外热成像无损检测中，仍以光激励红外热成像检测技术为主，这仍然是由于光激励红外热成像技术具有非接触、快速、检测面积大、检测结果直观等突出优点，非常适合于热障涂层结构性能与健康状况的在线检测与表征。根据激励热源生热机理的不同，除光激励红外热成像检测技术外，其他无损检测方法还包括：超声热成像、振动热成像和涡流热成像。3.1 红外脉冲热成像检测技术针对热障涂层红外脉冲热成像无损检测，国外专家学者较早地开展了相关研究，并取得了较多的研究成果。[Cielo等]利用红外脉冲热成像技术无损检测热障涂层，研究表明当光学穿透深度远小于而加热区域远大于涂层实际厚度时，该技术可有效表征热障涂层热物性和表面涂层厚度。[Liu等]提出了可无损检测热障涂层内部裂纹和厚度不均匀性的稳态热流激励热成像技术，可实现直径远小于1mm的裂纹检测。[Shepard等]利用红外脉冲热成像技术对热障涂层厚度和脱粘缺陷进行无损检测，并结合先进后处理方法提高了时空域分辨率和信噪比。[Marinetti与Cernuschi等]利用红外脉冲热成像技术结合机器学习和相位特征提取方法，系统地研究了热障涂层结构中的表面涂层厚度变化、脱粘缺陷以及涂层过厚与粘附/脱粘缺陷的区分问题。[Bison与Cernuschi等]为无损评价热障涂层老化程度以及完整性，利用红外脉冲热成像技术检测了热障涂层面内与深度方向热扩散率以及孔隙率。此外，利用红外脉冲热成像检测技术还可监测热障涂层损伤演化历程以及寿命评估，且热障涂层粘结界面处粗糙度形貌、深度以及基底强度等对其损伤演化也有重要影响。[Ptaszek等]还研究了热障涂层表面非均匀及红外透光性等对其光热无损检测的影响。[Mezghani等]利用激光激励红外脉冲热成像技术无损检测了表面涂层厚度变化。[Unnikrishnakurup等]利用红外脉冲热成像技术和太赫兹时域谱技术同时对不均匀涂层厚度进行测量，并获得了对热障涂层厚度估计小于10.3%的平均相对误差。虽然我国关于热障涂层红外脉冲热成像无损检测的研究起步较晚，但仍取得了重要研究成果。[北京航空航天大学]利用红外脉冲热成像技术，通过使用有限元数值模拟与热成像检测实验方法，对存在脱粘缺陷和厚度不均匀时热障涂层表面温度场以及热障涂层的厚度与疲劳特性进行了较为深入的研究。[北京航空材料研究院]利用闪光灯激励红外脉冲热成像技术不仅检测出直径小于0.5mm的脱粘缺陷，还识别出了肉眼无法观察到的微裂纹。近来，关于热障涂层激光扫描热成像技术的无损检测与评价研究也开始出现，[北京理工大学]和[南京理工大学]利用线型激光扫描热成像技术实现了对热障涂层脱粘缺陷以及20~150μm厚薄涂层的高精度无损检测与评价。为了检测热障涂层表面微小裂纹，[北京理工大学]还开发了一种将线型激光快速扫描模式与点激光精细扫描模式相结合的激光多模式扫描热成像检测技术，实现了仅9.5μm宽表面微小裂纹的高效检测。3.2 红外锁相热成像检测技术不同于热障涂层红外脉冲热成像无损检测研究，国内专家学者较早地开展了热障涂层红外锁相热成像无损检测的研究，而国外对此的研究还很少。[火箭军工程大学]利用红外锁相热成像技术对涂层厚度进行检测，并表明该技术可实现对涂层厚度的快速检测，且检测精度可达到95%。[哈尔滨工业大学]利用红外锁相热成像检测技术和热波信号相关提取算法对热障涂层脱粘缺陷进行检测，并研究了光源功率、分析周期数和激励频率大小等对检测结果的影响。[哈尔滨工业大学]随后利用激光激励红外锁相热成像技术高精度地量化了SiC涂层碳/碳复合材料的薄涂层厚度分布的均匀性。[上海交通大学]针对热障涂层内部裂纹缺陷的快速无损检测与评价，也提出了一种基于多阈值分割和堆叠受限玻尔兹曼机算法的红外热成像无损检测技术。此外，[韩国国立公州大学Shrestha和Kim]利用红外脉冲热成像技术和红外锁相热成像技术对热障涂层表面不均匀涂层厚度进行了无损检测与评价，并开展了有限元数值模拟与热成像检测实验分析了各种技术的优势所在。3.3 红外热波雷达成像检测技术红外热波雷达成像作为一种新兴的无损检测技术，其高信噪比、大探测范围等突出优势更利于热障涂层次表面脱粘缺陷的高精度无损检测。而目前关于热障涂层红外热波雷达成像无损检测与评价的研究还鲜有报道，目前仅有国内的哈尔滨工业大学和东南大学针对热障涂层红外热波雷达成像无损检测开展了相关的理论与热成像检测实验研究工作。[哈尔滨工业大学]利用红外热波雷达成像技术对热障涂层脱粘缺陷进行检测，该技术利用线性调频信号调制光源强度，并引入了互相关和线性调频锁相提取算法，研究表明该技术可实现热障涂层脱粘缺陷的有效检测。[东南大学]基于Green函数法，对热障涂层光热传播理论进行了较为深入的研究，并提出了一种先进非线性调频波形的脉冲压缩热成像检测技术，可实现热障涂层次表面脱粘缺陷的高信噪比、大探测深度的高分辨率检测。结语本文介绍了红外热成像技术在FRP复合材料和热障涂层无损检测应用中的研究现状和进展，通过文献调研和相关研究结果分析，可发现，由于FRP复合材料和热障涂层的复杂结构特性，使得传统的无损检测技术无法较好地实现高效可靠的无损检测与评价。作为新兴的无损检测技术，红外热波雷达成像技术由于具有高分辨率、大探测深度、检测结果直观等突出优点，为FRP复合材料和热障涂层的高精度无损检测与评价提供了新契机。此外，在对FRP复合材料和热障涂层红外热成像无损检测进行研究的过程中，笔者也发现，红外热成像无损检测技术的发展还面临着一些主要瓶颈制约问题，也促使红外热成像检测技术须向多样化、智能化、集成化和多源信息融合方向发展，呈现出以下发展趋势：1) 多样化传统无损检测方法和红外热成像等新型无损检测技术都有其各自的优缺点及适用范围，随着检测对象的多样化和检测要求的多元化，所需要的检测手段也呈现多样化发展的趋势，具体体现在：①热激励源由卤素灯、超声和电磁等向半导体激光器、相控阵超声等其他热激励形式发展；②随着计算机和电子信息技术的快速发展，传统的红外脉冲热成像和红外锁相热成像向着新兴的先进激励波形脉冲压缩热成像或热波雷达成像检测技术方向发展。2) 智能化近年来人工智能技术的快速发展使得基于深度学习模型的红外目标识别与跟踪方法取得了巨大进步，这无疑为红外热成像无损检测技术的进一步发展提供了很好的发展契机。深度学习方法的高识别率特点使其在红外目标特征识别、红外图像分割与分类方面性能优异，在精度和实时性方面，甚至远远赶超传统检测方法。人工智能赋能红外热成像检测技术，有望取代人工判断，推动红外热成像无损检测技术向着智能化检测方向发展。3) 集成化红外热成像检测系统通常需要激励热源、红外热像仪、光路等调节装置、固定装置等模块，体积较大、结构较为复杂，且仍需人工或仪器自动采样。为满足实际无损检测应用中原位测量及低能耗的需求，红外热成像检测技术需逐步向小型集成化方向发展，最终实现无损检测现场的便携式携带和操作。4) 多源信息融合发展多源多模态热成像数据能比单一热成像数据提供更多的关键信息，此外，在信息呈现和表达上，多来源、多模态红外热成像数据还增加了无损检测结果的鲁棒性。因此当检测要求较高时，常常需要采用优势互补、多种检测方法相结合的方式，通过多源多模态热成像数据的融合与集成，最终提供优质、高效、安全、可靠的无损检测解决方案。因此，红外热成像技术也需向多源信息融合方向发展。

设备发出的激光照射形状复杂的新材料物体表面后，检查员便可在设备屏幕上快速、清晰、实时地观察检测物体表面和内部的损伤。 　　近日，一种新型的无损检测设备——“激光超声波可视化检测仪”在西安阎良国家航空高技术产业基地诞生，可广泛应用于诸多工业领域。研发的新型材料产品无损检测技术填补国内空白，达到世界领先水品。 　　无损检测在各个工业行业的品质管理中，一直扮演着举足轻重的角色。其中，超声波检查因其安全、经济、简便而得到了广泛应用，但无法对任意复杂形状以及非金属物体进行内部缺陷检测，实现高效、直观检测。另外，碳纤维复合材料、陶瓷基复合材料等新型材料的广泛应用也使航空工业得到了前所未有的发展，但对该新型材料的无损检测还缺乏有效的手段。 　　西安航空基地入区企业西安金波检测仪器有限责任公司研发的“激光超声波可视化检测仪”，成功突破了无损检测的这一世界科研难题。“激光超声波可视化检测仪”由检测单元和激光单元组成，可简单地将超声波的传播过程可视化，并根据波形变化检查出被测物体内部或表面的损伤，通过计算机屏幕清晰、实时地观察。由于“激光超声波可视化检测仪”技术实现了无损检测的可视化，对物体内部存在的缺陷及损伤的识别变得非常容易，且可防止无损检测中经常发生的漏检和误判。 　　该技术适用于任何材料、任何形状物体的无损检测，小到电子元器件，大到飞机机身均可轻松应对，并可在恶劣环境下工作。使用“激光超声波可视化检测仪”对飞机机翼、火车车轴等高速运载工具部件以及发电设备、压力容器等产品进行定期检查，可以最大限度地延长其安全使用寿命，避免重大事故的发生。 　　西安航空基地具有集飞机设计研究、生产制造、试飞鉴定、教学为一体的航空产业体系，同时具备各类与航空产业有关的高科技研发群，对于“激光超声波可视化检测仪”的使用、推广、乃至产品改良都提供了得天独厚的广阔空间与平台。目前，金波公司已将“激光超声波可视化检测仪”技术完成工程化阶段。 　　未来，金波公司还将成立工程技术研发中心，在提高现有产品质量和功能的同时，不断研发市场需要的各种激光超声波可视化检测仪，打造成为世界一流的无损检测仪器制造企业。

导读 氮化处理工艺应用广泛，但有时由于热处理工艺不正确或操作不当，往往造成产品的各种表面缺陷，影响了产品使用寿命。某氮化处理的工件表面出现了内氧化开裂，使用岛津电子探针EPMA对其进行了分析。 科普小课堂 氮化处理的特点：氮化处理是一种在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。工件进行氮化热处理可显著提高其表面硬度、耐磨性、抗腐蚀性能、抗疲劳性能以及优秀的耐高温特性，而且氮化处理的温度低、工件变形小、适用材料种类多，在生产中有着大规模应用。 氮化处理的原理：传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入表层内，形成不同含氮量的氮化铁以及各种合金氮化物，如氮化铝、氮化铬等，这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，从而改变了表层的化学成分和微观组织，获得了优异的表面性能。 裂纹产生的原因是什么？ 电子探针分析氮化后的内氧化裂纹：通过之前的系列，已经了解了超轻元素的测试难点以及岛津电子探针在轻元素和超轻元素分析方面的特点和优势。为了查明氮化工件开裂的问题，使用岛津电子探针EPMA-1720直接对失效件的横截面进行元素的分布表征。 岛津电子探针EPMA-1720 结果显示：裂纹内部主要富集元素C和O，工件表面存在脱碳现象，工件内部存在碳化物沿晶分布，氮化层有梯度地向内扩展趋势。氮化处理前工件是不允许出现脱碳现象的，如前期原材料或前序热处理环节中出现脱碳现象，需要机械加工处理掉。内部的沿晶碳化物会造成晶界结合力的减弱，容易造成沿晶开裂。 表1 表面微裂纹横截面元素C、O、N的分布特征 对另一侧的面分析显示，渗氮处理前，试样表面也存在脱碳层。脱碳层如未全部加工掉，将会致使工件表面脱碳层中含有较高浓度的氮，从而得到较厚的针状或骨状高氮相。具有这种组织形态的渗层，脆性及对裂纹的敏感性都很大。而且在表面也有尖锐的不平整凸起，这些都可能会造成后续工艺中的应力集中导致表面微裂纹。 同时也观察到某些合金元素存在些微的分布不均匀现象，不过这些轻微的成分变化，对性能的影响应该不大。 表2 另一侧面表面微裂纹横截面元素C、Mo、O的分布特征 试样腐蚀后进行金相分析。微观组织显示，近表层存在55~85μm的内部微裂纹，氮化后出现连续的白亮层，白亮氮化层并未在内部裂纹中扩散，所以微裂纹应该出现在表面氮化工艺后的环节。 结论 使用岛津电子探针EPMA-1720对某氮化工件表面微裂纹进行了分析，确认了表面的脱碳现象、基体的碳化物晶界分布、氮化过程中氮的近表面渗透扩展以及微裂纹中氧的扩散现象。工件原材料或工件在氮化前进行调质处理的淬火加热时，都要注意防止产生氧化脱碳；如果工件表面已产生了脱碳，则在调质后氮化前的切削和磨削加工中，须将其去除。同时在氮化工艺前需要加入并做好去应力热处理工艺，否则可能内应力过大造成氮化后的表面缺陷。

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超声波是频率高于20 kHz的机械波，具有频率高、指向性好、能量集中，穿透性强等特点，应用领域广泛。近些年来，超声波传感技术发展迅速，在医疗健康领域（健康监测、疾病诊断）、工业领域（设备无损探伤、厚度测量、超声成像等）、交通运输领域（无人机、船舶等定位、追踪、导航和监控等）和军事应用领域（生化战剂的测量、航空检测等）得到普及应用。超声无损检/监测技术由于具有速度快、效率高、检测成本低等优势，且能够在极端条件下（高温高压、低温低压）实现无源感知、无线传播获取物理量，在军事应用领域显示出巨大潜力。本文在梳理超声无损检/监测技术的基础上，重点介绍几个发达国家在无损检/监测技术的布局及研究进展，结合军事应用前景，对无损检/监测技术的发展趋势进行探讨与展望。1 超声无损检/监测技术发展历程超声无损检测始于20世纪30年代。1935年，前苏联科学家SOKOLOV首次对超声检测材料中缺陷的技术申请了保护。1945年，美国Firestone公司研制出第一台脉冲回波式超声检测设备。20世纪60年代，超声检测设备在灵敏度、分辨力和放大器线性等主要性能上取得了突破性进展。20世纪70年代以后，电磁超声检测试验成功。1975年，美国康奈尔大学MAXFIELD和HULBER研究了应用于金属缺陷检测的电磁超声换能器（EMAT）。20世纪90年代，电磁超声进入实际商业应用。1989年，Innerspec公司发明了第一台电磁超声检测设备，并于1994年成为第一个电磁超声设备产业化厂家。1995年，美国约翰霍普金斯大学OURSLER和WAGNER采用剪切波，研制了窄带脉冲激光复合EMAT，应用于高温条件下的超声检测。2004年，日本福冈工业大学MURAYAMA等报道了可交替发射和接收高灵敏度的兰姆波和SH波、且不受焊接部分影响的EMAT，可对储罐和管道进行检测。2010年，日本东北大学URAYAMA等报道了降低噪声和改进信号处理的EMAT/EC（涡流）双探针，能够在高温环境下实现对管壁变薄的监测。2016年，英国华威大学THRING等使用聚焦EMAT，利用新的提高分辨率的方法，产生了2 MHz的瑞利波，可检测毫米级深度的缺陷。超声检/监测技术是超声领域应用极为广泛的一门技术，在军事领域应用广泛，其不但可以保证质量和保障安全，而且还可以节约能源和资源，降低成本，提高成品率，获得显著经济效益。2 超声无损检/监测技术发展动向传统无损检测技术由于设备笨重、检测速度慢、可检测范围小及自动化程度低，在检测大规模设施中的潜在损伤中（尤其在复杂环境下）可行性差且花费巨大。因此，大规模设施生命周期内多缺陷的智能化检测问题对无损检测技术提出了新挑战，一方面推动无损检测技术向高速、多物理场及多技术融合等方向发展；另一方面，也促进了无损检测技术与结构健康监测技术的相互融合。2.1 无损检测与结构健康监测相融合的无源无线声表面波传感技术声表面波（SAW）传感器具有强大的抗辐照能力、较宽的温度工作范围、无源工作以及固有的固态单片结构等优点，且可结合雷达射频收发技术实现无线信号感知，保证其在恶劣空间环境中的多参数压线检测性能。此外，声表面波器件可大批量、低成本制造，可进行RFID（射频识别）编码，并且体积和重量都很小，可广泛应用于航空航天工业领域高温高压高辐射等环境。2020年，NASA资助美国佩加森公司研究开发了首个应用于无损检测和结构健康监测的大型声表面波无线多传感器阵列系统。该工作还对无线声表面波温度传感器系统的基本元素进行分析与研究，包括测试框架和传感器阵列、构建用于声表面波器件实施的新RFID编码理论、实现声表面波器件模拟和新实施案例，以及后处理技术的系统配置分析。在美国国家航空航天局的一系列计划中（包括小型航天器计划），充气式飞行器和降落伞是太空交通工具安全与经济运行所必需的两种系统，这些复杂的系统结构给设计、分析和测试新系统带来了挑战。新的无源无线传感器（无需更换电池）可精确测量降落伞和充气结构的应变，从而使工程师们能够更好地理解这些复杂系统的行为，开发出能满足任务需求的更精确的模拟工具和设计结构。该传感器不但具备足够的安全裕度，而且不会产生不必要的额外重量和成本。可单独识别的无线传感器被部署在柔性结构的多个位置上，并由集中式读取器读取，从而确保在系统部署期间动态测量应变。2020年，NASA资助充气式航天器和降落伞用无源无线应变传感器研究，该研究中SENSANNA公司开发了新型无源无线声表面波应变传感器对降落伞和充气结构进行实时应变测量。这些设备可以由约几十个到一百个可单独识别的设备组成，协同工作，并由数据聚合器同时读取数据，可以保证不会出现传感器间的干扰。根据传输功率限制和环境的不同，可以在几十米或更大范围内无线读取传感器标签。为了满足海军探测推进剂的颗粒裂纹，并通过密封火箭发动机壳体进行无线传输数据的需求，2018年美国国防部资助美国智能感知系统公司开发一种新的推进剂健康（PHEM）监测系统。该系统将超声换能器作为信号发生器与传感器进行创新集成，采用超低功耗元件和电子设计。这种超声波推进剂监测传感器与数据传输链路的独特集成，使PHEM可检测推进剂的颗粒裂纹，并通过密封火箭发动机外壳的金属壁完成传感器数据传输，其中，压电传感器和致动器、低功耗电子器件和超级电容器拥有超过10年的使用寿命。因此，PHEM系统能够为军用飞机上的推进剂驱动装置提供长期可靠的监控。该项目的第一阶段通过设计和制造实验室规模的原型，展示PHEM系统的可行性，并展示其探测密封金属壳内推进剂颗粒裂纹和传输数据的能力；项目的第二阶段，通过改进和优化PHEM系统，开发全功能的原型，并证明其符合海军要求。SAW传感器系统可测量温度、应变、氢气以及磁场的变化，小尺寸的优点使其可插入各种应用系统。2019~2021年，NASA持续资助美国佩加森公司研究一套完全可操作的4.3 GHz无源传感器系统，该系统满足航天航空无线电子内部通信要求，研究人员重点开发以下关键技术组件：声表面波无源温度和应变传感器件、新的传感器天线和芯片级传感器天线集成、提供自适应射场收发器的软件定义无线电（SDR）、SDR控制软件和提取关键传感器信息的后处理软件。初步的研究结果表明，所有关键技术组件都可在4.3 GHz和200 MHz带宽下构建和实施，这将是SAW传感器及其无线无源系统技术的飞跃。2.2 用于船舶、管道、容器、混凝土等裂痕的现场无损超声检测技术几十年来，为了减轻重量和降低船舶重心，5xxx系列铝合金一直用作海洋船舶的材料。铝合金的敏化过程会造成晶间腐蚀损伤和应力腐蚀裂痕。美国海军希望能够开发一种快速获取材料状态及其敏感性的方法。2018年，美国海军资助美国技术数据分析公司（TDA）开发一种紧凑的传感器套件和监控系统，以检测5xxx系列铝合金的敏化程度，从而解决批次间的差异问题。TDA公司利用监测系统预测铝合金在敏化过程中容易出现的晶间腐蚀损伤和应力腐蚀裂痕，减少相同材料之间的脆弱性差异，满足美国海军对实时快速获取材料的状态及其敏感性的需求。在这项研究中，TDA公司采用一种原始方法，利用两种非破坏性技术（基于涡流的电导率和超声衰减）分离出两个独立的成分，即高角度晶界的微观结构及边界上物质的敏化状态。根据这些参数，使用近期建立的模型来计算引起批次间差异的敏化度。通常使用手持式超声波仪器对钢制容器、储罐、墙壁和管道进行腐蚀无损监测（包括钢壁的厚度测量），但这种方法既费时又费力，急需一种适用于密封通道的快速检测技术。2018年美国空军资助国际电子机械公司研发密闭通道区域的腐蚀无损评估技术。国际电子机械公司提出了一种快速腐蚀检测器（RCI），该检测器使用电磁超声传感器，内置机器视觉摄像系统，可自动分类腐蚀类型，绘制腐蚀位置和壁厚图，同时不需要应用耦合剂，也可快速覆盖大面积壁面，并允许用户单手高速扫描壁面。用于乏燃料存储的焊接不锈钢干式储罐出现应力腐蚀裂纹时，极易造成严重的环境危害。2019年，美国能源部资助INNESPEC技术公司开发用于材料结构健康实时监测的EMAT连续监测系统。该研究设计了首个冷喷雾EMAT磁致伸缩传感器原型，用于现场监测干储罐的腐蚀和裂纹扩展，同时将破坏和人为干预降至最低。该项目第一阶段评估具有不同粉末压力推进剂配置的便携式低压冷喷涂仪器的性能，以及使用手动喷枪在平坦、圆形或具有复杂几何形状的部件上产生均匀贴片的可行性，并测试在所述情况下使用EMAT产生超声波的效果，最终确定手动磁致伸缩贴片是否适合应用于干储罐监测。冷喷涂还允许人们使用导波来检测之前技术无法检测的区域。该项目的成果将大大促进核安全，防止和减少放射性泄漏及其对环境和人类健康的危害。混凝土裂纹及损伤的检测技术也取得重要进展。2021年，欧盟INFRASTAR计划资助波兰NeoStrain Spzoo公司和德国联邦材料研究所，提出一种利用新型嵌入式超声波传感器进行多结构损伤检测的主动技术。2.3 用于极端条件下实现物理量测量的超声传感技术飞行器在飞行过程中往往面临着极端环境条件（高温、高旋、高压等），在恶劣环境下原位实时获取系统及环境参数，对飞行器的设计与防护具有重要意义。2020年美国国防部资助Physical Sciences公司研究了一种超声波传感器，研究利用超声脉冲回波技术的非侵入性和远程询问能力，测量高超音速飞行器外壳板温度。开发的重点在于陶瓷/碳纤维基壳体等最具挑战性的表面材料方面，该方法可扩展到其他所有类型的材料，包括金属和烧蚀材料。该项目所开发的传感器能够处理来自不同深度多个界面的信号。项目第一阶段将演示高超声速、超音速冲压发动机应用相关材料及温度的原理证明，第二阶段将致力于实际高超声速试验台和飞行平台的系统加固和自动化。美国空军和航空航天工业迫切需要能够在涡轮发动机环境中提供实时监控的恶劣环境传感器。2015年美国空军资助美国环境技术公司（Environetix）研发可提供实时监测且可靠的恶劣环境传感器。该项目第一阶段验证了在1000 ℃高温环境中无线声表面波硅酸镧镓（LGS）温度传感器原型的稳定性，第二阶段对无线LGS声表面波传感器技术进行了成熟度TRL 4确认，并在涡轮发动机测试单元中进行了TRL 6验证。在该项目设计的恶劣环境下，无线无源小型传感器能够在1000 ℃以上对涡轮发动机进行监测，可对航空航天工业产生重大影响，其优势有：① 可靠运行数千小时甚至更长时间，并且可在测试单元的热区轻松运行最少4000小时；② 通过在其他传感器技术无法工作的位置无线监测发动机状况来验证发动机的建模和运行状况；③ 小尺寸和无线传感器操作，保证了密封、护罩和其他关键发动机位置的完整性；④ 去除用以提供所需传感信息的电线，节省了大量人力成本（传感器安装在涡轮机），减轻了重量，同时提高性能和可靠性；⑤ 通过更可靠的温度监测，降低发动机运行（或飞行）成本的同时，提高燃油效率和增加功率。除此之外，无线SAW传感器技术也有许多商业应用，如在发电、石油/天然气勘探、制造过程控制和其他高温恶劣环境中的应用。辐射条件下的超声传感技术研发也受到关注。在核工业中，受限的接触和高厚度部件通常限制了无损检测技术的应用。商用超声检测传感器的辐射耐受性局限在1~2 mGy的累积剂量，难以满足应用需求。英国创新署部署了由英国创新技术和科学有限公司承担的“耐辐射超声波传感器”研究。该公司主要致力于探索新型辐射弹性探测器的构建和测试，为核工业提供一个可靠的超声检测解决方案，以延长检测和监测时间。该研究成果有两种应用场景：① 在裂变核反应堆附近进行高辐射检测；② 在核废料处理场进行低辐射检测。在核工业中，超声波换能器在放射性环境下响应减弱，难以正常工作。针对该情况，英国精密声学有限公司开展耐辐射超声传感器的开发，建造和测试新型抗辐射超声换能器以及各种探头的装配技术，为核工业提供一种可靠的超声换能器解决方案。该项目开发了一系列原型超声探头，以满足特定的在役检测需求。日本NEDO先导研究项目——具有流量监控功能的实时超声波多相流量计研制（2019~2020年，北海道大学承担）共分为3个子课题，分别是：结合超声信号和多相流体动力学定律的数据同化流量计的研制；使用超声多普勒测量多相流体的脉动特性；使用超声脉冲回波扫描测量流体界面。JSPS的国际联合研究基金项目——联合开发在线超声多普勒测定技术（2018~2021年，北海道大学、瑞士联邦技术学院承担），重点开展3个主题研究，主题1是流速分布测量技术和流变控制方程的数据同化，主题2是通过超声波和光可视化调节空间分布的流变学，主题3是假定使用机器学习的流变大开发数据构建系统。2018年该项目已经开发了一种根据超声波多普勒流速分布仪获得的流速分布来测量不透明流体压力分布的方法。2019年，项目开发出一种通过水、油和气三相流中的超声波脉冲来测量相分布和流量的技术。日本防卫厅资助了MUT（超声换能器）声学超材料的声阻抗研究（2018年，日立制作所），该项目基于声阻抗匹配的物理模型，研发利用MEMS（微机电系统）技术实现主动控制声学特性的声学超材料。2.4 用于爆炸物和弹药的无损超声实时检测技术含能材料方面取得的最新成果为开发了铅的替代品，替代弹药配方中传统的苯甲酸铅和叠氮铅。然而，这些无铅高能材料可能对传统的弹药筒黄铜和其他弹药部件具有意想不到的腐蚀性。因此，在未来的部署中，从弹药生命周期（即从生产时间到使用时间）的角度，对弹药部件进行实地测试对于确保武器系统的有效性至关重要。2020年，美国陆军资助林泰克公司与美国西南研究院传感器系统和无损检测技术部合作研究了一种基于涡流和超声波检测的手持式设备，用于对小型武器弹药部件进行现场快速无损腐蚀检测。该研究分为3个阶段，第一阶段是在实验室条件下确定对现代爆炸物和弹药外壳进行无损检测的有效性和方法；第二阶段根据第一阶段确定的方法，开发手持式测试单元原型，并根据适当的军事标准、规格要求进行认证，并进行实地测试；第三阶段预期将用于现代爆炸物和弹药壳的无损检测，并推广到民用领域。军事应用包括小型武器部件（5.56，7.62 mm口径）、爆炸性弹药（M42、M55和M61启动器）、中等口径（20，25，30，40 mm）和潜在大口径（60，81，105，120 mm）弹药。3 结语与展望超声无损检/监测技术在军事领域应用前景广阔，在航天器、飞机、船舶和运输管道等的无损检测、恶劣环境感知、数据融合支持决策等领域发挥重要作用。超声传感技术可进行非破坏性的结构健康监测，能够快速准确检测裂纹、泄漏、腐蚀等缺陷，防止和减少放射性泄漏，促进核安全。超声传感不依赖于照明条件，能够抵抗雾的干扰，在高温高压等恶劣环境下进行实时快速感知，可应用于航空航天以及海上作业等领域。未来超声无损检/监测技术的发展趋势如下：用于无损检测与结构健康监测相融合的无源无线声表面波传感技术成为新的发展方向。传统无损检测技术由于设备笨重、检测速度慢、可检测范围小及自动化程度低等问题，在检测大规模设施中的潜在损伤，特别是在复杂环境下的损伤时，可行性差且花费巨大。大型设施生命周期内多缺陷的智能化检测需要无损检测与结构健康监测相融合的无源无线声表面波传感技术。极端条件下实现物理量的测量仍是未来超声传感技术的发展重点。飞行器在飞行过程中往往伴随着高温、高旋、高压等恶劣环境，因此，恶劣环境下温度、压力等参数的原位实时获取，仍然是超声传感技术在无损检测领域的发展重点。超声传感器向着集成化、微型化、多功能化的方向发展。为满足各种机载、车载、航载的需求，传感器的应用需与机械或电子系统集成使用，推动声表面波传感器系统向着集成化、微型化、多功能化方向发展，因而各种新型材料以及先进制造技术的进步将给超声传感器的发展带来巨大推动力，超声传感器本身无源无线传输的特性，亦将在集成化微型化多功能化方面发挥重要作用。作者：朱相丽1,2，张敬1,2，刘庚冉3，王文4，刘小平1,2工作单位：1.中国科学院 文献情报中心；2.中国科学院大学 经济与管理学院；3.军事科学院 战略评估咨询中心；4.中科院声学研究所第一作者简介：朱相丽，博士，副研究员，主要从事学科战略情报研究、学科态势评估研究和日本科技政策研究工作。

随着社会的发展，超声无损检测技术已经发展了近百年历史。在多种无损检测技术当中，该检测技术具有明显的优势作用，如检测精度以及深度较大、检测成本较低并且在检测过程中不会对设备造成二次伤害。因此，超声无损检测技术在工业领域被广泛应用。为推动超声无损检测技术发展和行业交流，促进新方法、新技术的推广与应用，在即将召开的第二届无损检测技术进展与应用网络会议，特别设置超声检测技术专场，特别邀请了多位业内专家老师围绕超声无损检测技术、设备、应用等展开分享。部分报告预告如下：大连交通大学副教授 赵新玉《超声自动检测和智能监测》（报名听会）赵新玉，大连交通大学副教授。中国机械工程学会焊接学会/协会理事，超声检测专委会委员。从事超声无损检测教学科研工作20余年，主持完成国家重点研发计划子课题、国家自然基金等纵横向课题20余项，发表科技论文60余篇，获批专利和软著20余项，曾获中国中车和中国兵器集团科技进步三等奖各1项，宁波市科技进步一等奖1项，辽宁省教学成果二等奖1项。报告摘要：针对传统超声频率低，难以检测复杂曲面，难以制造过程中实现质量检测等行业痛点。本报告将介绍高精度超声显微成像检测技术，光声联合检测曲面检测技术，和制造过程超声原位监测技术。中北大学副教授 李海洋《表面缺陷的激光超声检测技术研究》（报名听会）李海洋，中北大学副教授，担任中国声学学会检测声学分会委员、中国仪器仪表学会精密机械分会委员。主要从事非线性声学、激光超声等新型检测声学技术开发，在声学理论、算法开发和声信号处理方向共主持国家和省部级项目4项、发表文章28篇、发明专利2项、学术专著1本。研究成果获得了中国职业安全健康协会科学技术奖三等奖、中国特种设备检验协会科学技术奖二等奖、中国特种设备检测研究院青年科技二等奖以及山西省“三晋英才”青年优秀人才省部级人才称号。报告摘要：表面微缺陷往往是大型裂纹产生的开始，若不能被及时检测会对工业生产造成极大威胁。选用激光超声技术成功实现表面微缺陷的定量检测，研究内容涉及声学理论分析、有限元仿真计算以及实验平台搭建等。西安交通大学副教授 裴翠祥《新型柔性电磁超声、导波传感器开发及应用研究》（报名听会）裴翠祥，毕业于日本东京大学核能专业，工学博士，主要从事机械结构的无损检测与完整性评价等方面研究工作，具体包括新型电磁超声传感器及系统、超声导波检测技术、新型激光超声和激光红外热成像检测技术等的开发和应用研究。先后主持国家自然科学基金项目2项、国家重点研发计划子课题、两机专项项目子课题和企业合作项目等近20项，作为核心骨干参与国家自然科学基金委重大科研仪器项目、科技部ITER专项等多项，担任Sensors、Frontiers in Materials、Magnetochemistry等国际知名学术期刊客座编辑，先后发表论文84篇，其中第一/通讯作者SCI期刊论文36篇，申请及授权发明专利和软件著作权20余项。报告摘要：新一代核能等重大装备结构及工作环境日趋复杂和严酷，常规接触式超声检测方法已无法满足其检测需求。电磁超声及导波由于具有非接触、长距离快速检测的优点，有望克服上述难题。但相对于传统接触式压电超声，现有电磁超声由于灵敏度较低、探头体积大、结构刚性等限制，在大量工程现场狭窄空间环境和曲面结构上仍存在不可达、不可检或检测性能不足等问题，是制约其进一步发展和应用的技术瓶颈。因此，进一步提高其检测灵敏度和分辨率，并同时开发具有轻薄、柔性的新机制和新构型电磁超声及导波传感器，建立新型高可达性、高适应性检测方法，是突破重大装备狭窄空间环境、复杂结构有效检测的关键。中国飞机强度研究所副主任 樊俊铃《航空复合材料积木式验证自动化超声检测技术研究》（报名听会）樊俊铃，博士，高级工程师，现任中国飞机强度研究所16室副主任，中国航空研究院一级专家。承担、参与国家科工局、工信部、装发、自然科学基金、航空基金等各类预研课题10余项，主管、参与完成多个型号的结构强度验证工作，承担我国多型军民机结构试验的无损检测与评估任务，在损伤检测和结构强度领域具有较强的技术能力。长期从事业务领域的相关研究工作，发表论文50余篇，申请专利4项，登记软件著作权3项，荣获集团公司航空报国奖个人三等功等多项奖励。报告摘要：以国产大型客机研制为切入点，结合飞机结构完整性大纲、结构强度规范、民用飞机适航标准和无损检测手册等标准规范，分析了航空复合材料结构完整性验证和航空器持续适航对无损检测的相关要求，梳理了复合材料积木式验证体系不同层级的损伤检测需求、特点和侧重点。以碳纤维增强树脂基复合材料损伤检测为例，重点介绍了阵列超声声场仿真与高效换能器设计、复杂型面自适应扫查路径规划及损伤高精度成像等自动化超声检测关键技术，给出了涉及复合材料标准冲击试验件和机身曲面壁板的积木式强度验证自动化阵列超声检测典型应用案例，并对当前存在的瓶颈问题和未来发展趋势进行了总结和展望。北京工业大学讲师 高杰《基于MFC的锂离子电池荷电状态导波检测技术研究》（报名听会）高杰，讲师，硕士生导师。2022年毕业于北京工业大学机械工程专业，获工学博士学位，并留校任教。近年来一直从事声学波动特性理论分析及锂离子电池状态检测方面的研究。迄今为止，共发表学术论文17篇，以第一作者或通讯作者发表论文13篇，其中SCI论文9篇。作为项目负责人，主持国家重点研发计划项目课题子任务、教育部工程研究中心开放课题、北京市博士后基金及企事业委托项目共计5项。在研期间，入选北京市科协2023-2025年度青年人才托举工程，获2022年度中国石油和化工自动化行业科学技术二等奖、2021年Altair Battery Safety Young Researcher Award（优秀青年学者）、北京力学会青年力学工作者优秀学术论文奖及北方七省市区力学学会优秀青年论文等等荣誉奖项。报告摘要：以锂离子电池多区域运行状态的无损检测与评价为需求，提出了一种基于压电纤维复合材料传感器的超声导波检测新技术。采用状态矩阵与勒让德级数联合法，同步联立Biot理论，构建多层多孔锂离子电池声传播特性理论模型。以厚1.9mm软包钴酸锂电池为例，数值分析了荷电状态对多模态频散曲线的影响规律。同时，建立了相同结构特性的锂离子电池频域仿真模型，提取了不同荷电状态下的超声导波频散曲线。此外，以体积小、柔性强的压电纤维复合材料MFC传感器为基础，实验探究了不同SOC对锂离子电池中声学行为的影响。从实验分析，仿真及理论计算等方面，诠释了所提测量分析方法的可行性。随后，以MFC传感器阵列的形式，对商业锂离子电池的多区域荷电状态进行超声检测研究。通过对比分析放电过程中不同区域内的声传播特性，揭示锂离子电池全域运行状态的变化规律，为锂离子电池组运行状态的实时监测提供新的技术方案。第二届无损检测技术进展与应用网络会议为推动我国无损检测技术发展和行业交流，促进新理论、新方法、新技术的推广与应用，仪器信息网将于2023年9月26-27日召开第二届无损检测技术进展与应用网络会议。本届会议开设射线检测技术、超声检测技术、无损检测新技术与新方法（上）、无损检测新技术与新方法（下）四大专场，邀请二十余位无损检测领域专家老师围绕无损检测理论研究、技术开发、仪器研制、相关应用等方面展开研讨，欢迎大家在线参会交流。一、主办单位：仪器信息网二、支持单位：吉林大学三、参会指南1、进入会议官网（https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/ndt2023/）进行报名。扫描下方二维码，进入会议官网报名2、报名并审核通过后将以短信形式向报名手机号发送在线听会链接。3、本次会议不收取任何注册或报名费用。4、会议联系人高老师（微信：iamgaolingjuan 邮箱：gaolj@instrument.com.cn）周老师（微信：nulizuoxiegang 邮箱：zhouhh@instrument.com.cn）

无损检测（NDT）无损检测（NDT）是指在不破坏样品可用性的条件下，对材料、部件或组件的裂缝等不连续性或特性差异进行检查、测试或评估。基于光子计数X射线能谱成像的无损检测技术提供了样品的额外材料信息，以及卓越的对比度和空间分辨率。标准射线照相X射线成像可以提供被检样品的黑白强度或密度图像，如果图像分辨率和信噪比合适，则可观察到何处有缺陷、杂质或裂纹。而基于光子计数X射线能谱成像的无损检测技术提供了样品的材料信息，同时具有良好的对比度和高空间分辨率。光谱信息可以用于区分不同的材料，可识别感兴趣的材料或计算其在样品中的含量。下图是用WidePIX 5x5 CdTe光子计数探测器获取的一张单次曝光的高分辨率谱图像，不同的材料用不同的颜色表示。ADVACAM推出了一系列为复合材料测试而优化的光子计数X射线探测器，探测器对低能段探测也具有优秀的灵敏度和探测效率，同时有很高的动态范围，十分有利于轻质材料，如碳纤维、环氧树脂等的检测。即使是具有挑战性的缺陷，如深层层压褶皱、弱连接、分层、孔隙率、异物和软材料中的微小裂纹，也可以在55μm或更高的空间分辨率下检测到。搭载Advacam探测器的机器人系统进一步扩展了光子计数X射线探测器的功能。轻质材料及复合材料机器人系统正在检查滑翔机副翼，右侧机械臂上装有Advacam探测器。该机器人系统可以从不同角度进行X光检查，以更好地定位缺陷。高帧率的光子计数X射线探测器还可以对样品进行实时检测，可用于质量控制实验室或在生产线上使用。最后得到的X射线图像揭示了副翼内部复合结构有空洞和杂质。X射线光子计数探测器不仅适用于检测轻质材料，基于高灵敏度的 CdTe 传感器（1mm厚）的探测器也可用于焊缝检测。根据ISO 17636-2标准，可以达到Class B的的图像质量。焊缝检查成像质量在带有像质计IQI和DIQI的BAM-5和BAM-25钢焊接试样上，测试WidePIX 1x5 MPX3 光子计数X射线探测器延迟积分TDI模式下的成像质量。TDI模式是探测器操作的其中一种模式，设备会生成沿探测器运动的物体的连续X射线图像。BAM-5 8.3mm钢焊缝BAM-25 6mm 钢焊缝BAM-5样品背面D13线对的信号BAM-5样品背面10FEEN IQI线对用DIQI测量空间分辨率。分辨出的最窄线对是D13（线宽50μm，间距50μm）。探测器对比度用10FEEN像质计测量。置于8.3mm钢制样品背面包括16号线（0.1 mm厚）在内的线都被分辨出来。8.3mm厚BAM-5样品和6 mm厚BAM-25钢的信噪比测量值SNRm分别为148和190。信噪比受限于X射线管功率。探测器具有24位计数器深度，信噪比可高达4000。归一化信噪比SNRn（根据探测器分辨率归一化），6mm厚钢为336，8.3mm厚钢为262。总结 光子计数探测器能够提供更高的灵敏度、空间分辨率、对比度和信噪比；能量范围从 5 keV 到数百 keV 甚至 MeV，可检测非常轻的复合材料到厚的焊接部件。此外，直接转换光子计数型X射线探测器能够进行X射线能量甄别，即，仅高于一定能量的光子会被记录，此方法能够抑制较低能量的散射辐射并提高图像对比度。通过这种X射线新成像技术，可以检测到过去无法通过传统X射线进行无损检测的样品，无损检测设备制造厂家可以将系统中的探测器升级为光子计数X射线探测器，以扩展系统类型和客户群。Advacam S.R.O.源至捷克技术大学实验及应用物理研究所,致力在多学科交叉业务领域提供硅传感器制造、微电子封装、辐射成像相机和X射线成像解决方案。Advacam最核心的技术特点是其X射线探制器（应用Timepix芯片）没有拼接缝隙（No Gap），因此在无损检测、生物医学、地质采矿、艺术及中子成像方面有极其突出的表现。Advacam同NASA（美国航空航天局）及ESA（欧洲航空航天局）保持很好的项目合作关系， 其产品及方案也应用于航空航天领域。北京众星联恒科技有限公司作为捷克Advacam公司在中国区的总代理，也在积极探索和推广光子计数X射线探测技术在中国市场的应用，目前已有众多客户将Minipix、Advapix和Widepix成功应用于空间辐射探测、X射线小角散射、X射线光谱学、X射线应力分析和X射线能谱成像等领域。同时我们也有数台MiniPIX样机，及WidePIX 1*5 MX3 CdTe的样机，我们也非常期待对我们探测器感兴趣或基于探测器应用有新的idea的老师联系我们，我们可以一起尝试做更多的事情。