陶瓷材料的无损检测.pdf
陶瓷材料的无损检测技术罗文辉陈虹于水齐趁梅 山东工业陶瓷研究设计院，淄博2 5 5 0 3 1)摘要综迷了 无损检侧在陶光材料硕城的应用，简略介绍了用于峋先无报检浏的几种主要方关扭词无损检浏 陶光材料 缺陷 众所周知，陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、密度小等优良 性能，在燃气轮机、汽车、内燃机、热交换器等各种工作机械或精密工具中制成各种零部件以 取代传统材料，应用前景十分广阔。然而，陶瓷的断裂韧性一般很低，是典型的脆性材料，即 使是微小的缺陷，也容易在该处造成应力集中而破坏，在外表面的缺陷尤其如此。由于陶瓷材料制造工艺复杂.工序多，即使在同样的工艺条件下，各零件的强度差异也很大，成批生产时质量不易准确控制。如果能够用无损评价(N D E)和断裂力学相结合的方法，研究微观组织和理想的力学性能的关系，充分发挥材料的潜力;用无损检测技术(N D T)，将在陶瓷制造初期时就剔除废品，可避免无价值的加工所造成的损失;和制造工艺结合，优化工艺，这样，不但可以挽回 经济损失，避免构件失效，提高产品寿命，而且还缩短了材料开发制造周期，在陶瓷材料制造领域中，具有很大的意义。因此，陶瓷无损检测技术的研究与应用，已成为各先进国家的重大课题。陶瓷材料无损检测的具体目 标是检出 对性能不利的裂纹、气孔、结块、夹杂等缺陷。它的难度在于 需要检测的缺陷极其微小，一般比 金属或复合材料小卜 2 个数量级。典型的 结构陶瓷，为防止 材料 快速破 坏，需检出6 0 一“)D P-的 缺陷;对 于缓 慢裂 纹生长需预测寿命的，要检出2 0 一 2 0 0 p m的缺陷;为提高韧性而控制材料组织，必须检出1 0-5 0 p m 的缺 陷;为 对精密部件控 制制造工艺.则 需 检出1 一，)Fe r n 的 缺 陷 川。用于陶瓷无损检测的方法除表面浸透检测(荧光法、着色法)外，主要有 2.3 1:X射线层析成像、红外热成像、超声 A扫描及C 扫描、声发射、微焦点X射线、超声显微镜等。近年来，这些方法已在自 动化技术、探测器技术、信息处理和资料存储等方面取得了很大的进展，特别是用于航天航空领域的陶瓷基复合材料构件的制造中发挥着极为重要的作用。1 X射线层析成像法(X 一 C T)所谓X 一 C T 是利用X射线透过数据对物体外部获取的某种物理量的测试值，去重建物体内某一特定断面上的某种物理量的无重叠二维图像.用依次相继获取的一系列断面图可构成三维内 部立体图像。X 一 C T 的 特点是0,:(1)高的 空间 分辨率和密度分辨率(通常 ti.D e l 川 m e a t o f纽 Y i n o n gMa t e 石 a l s发i,-L a D u y o u F a n L e f X u H a n g i a o.司E n g in e e r i n g,N a n j ir g U n iv e r s ity of T e c h r a lo p yxu e w，N e t 心 r a m21 0 0 0 9 A b s 4 Ia t K t I n t h e f i e l d o f p i e z oe l e c t r i c ce r a m i c s,t h e u s e o f l e a d 一 f r e e m a t e r i a l s i n p i e z o e le c t r i c c e r a m i c s h a sa t t e n l i.二e n v i ro n m e n ta l p ro t e c t i o n o f t h e e a r th.I n t h is p a p e r,(B i r/2 N a j/2)T i%(B N T)一】u s e d s o l i d s o l u t io n。，w e re s t u d ie d,s u c h a s(1 一 x)B N T+:B a T i0 3,(1 一 x)B N T+x N a N b 0 3 a n d(1 一 x)B N T+(1/2)二(B i2)y S c 2 0 3)S y s t e m s,t h e y w e re s t u d i e d f o r t h e i r d i e l e c t r i c,f e r ro e le c t r i c a n d p i e z o e l e c t r ic p ro p e rt i e s、c a n d i d a t e s f o r a，f a m i ly o f l e a d-f r e e p i e z o e l e c t r i c ce r a m i c s.T h e e l e c t ro m e c h a n i c a l c o u p l i n g f a c t o r K a y w a g f o u n d t o b e 0.5 5,0.4 3a n d 0.4 0 re s p e c t iv e ly.T h e s e ce r a m i c s,w ith re la t iv e ly lo w p e m ti tt iv ity(e 3 3 r/r o)a n d h ig h e le c t ro m e c h a n ic a l c o u p l in gf a c to r(杨),a lo n g w ith m e c h a n ic a l s tre n g th,a p p e a r e ff e c tiv e fo r h ig h 一 f re q u e n c y u l tr a s o n ic，o r p ie z o e le c tr ic a c-t u a t o r a p p l i c a t i o n s.C o n s e q u e n 街t h e s e c e r a m ic s，p o t e n t i a l c a n d id a t e s a s l e a d 一 f r e e p i e z oe l e c t r ic c e raK e y w o r d s (B i j/2 N a t/2)T i0 3 le a d 一 f re e p ie z oe le c tr i c c e r a m ic s e le c tr o m e c h a n ic a l c o u p l in g fa c to r3 8
