陶瓷材料的无损检测.pdf

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、 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

6、 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

7、 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

8、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

9、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