工程陶瓷微缺陷無損檢測(cè)技術(shù)原理剖析
作者：宇冠檢測(cè) 發(fā)布時(shí)間：2017-02-07 閱讀： 來源：瓷庫中國(guó)
陶瓷因其優(yōu)良的性能被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。而工程陶瓷兼具陶瓷的高硬度、高耐磨性等物理屬性，同時(shí)還具有優(yōu)良的機(jī)械性能。目前，工程已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于航空航天等尖端領(lǐng)域。工程陶瓷制品加工工序復(fù)雜,每道工序都可能形成影響性能的缺陷, 因此,有必要采用高靈敏度的測(cè)試手段對(duì)陶瓷材料微缺陷進(jìn)行全面檢測(cè)。
無損檢測(cè)(NDT)在不改變被檢對(duì)象使用性能的前提下評(píng)價(jià)材料完整性和連續(xù)性,檢出固有缺陷及其形狀、位置和大小等信息,適于檢測(cè)加工效率低而成本高的工程陶瓷材料的缺陷情況。
陶瓷材料常規(guī)無損檢測(cè)方法
液體滲透檢測(cè)技術(shù)(PT)
液體滲透檢測(cè)利用液體毛細(xì)管作用原理,能夠?qū)Χ喾N材料及其制件表面開口缺陷進(jìn)行非破壞性檢查?？蓹z測(cè)出非多孔性、固相材料開口于表面之間斷。
對(duì)均勻而致密的工程陶瓷材料,熒光或著色滲透方法能檢出開度小至1μm的氣孔、裂紋等表面缺陷,但對(duì)材料表面粗糙度和整潔度要求高,未經(jīng)預(yù)清洗或沾有污物的表面和空隙會(huì)產(chǎn)生附加背景,影響識(shí)別檢測(cè)結(jié)果。
滲透檢測(cè)的基本原理：滲透檢測(cè)是基本與液體的毛細(xì)作用（或毛細(xì)現(xiàn)象）和固體染料在一定條件下的發(fā)光現(xiàn)象。
滲透檢測(cè)的工作原理：滲透劑在毛細(xì)管作用下,滲入表面開口缺陷內(nèi);在去除工件表面多余的滲透劑后,通過顯象劑的毛細(xì)管作用將缺陷內(nèi)的滲透劑吸附到工件表面形成痕跡而顯示缺陷的存在。
超聲檢測(cè)技術(shù)（UT）
超聲檢測(cè)利用超聲波在彈性介質(zhì)中傳播,在界面產(chǎn)生反射、折射等特性來探測(cè)材料內(nèi)部或表面/亞表面缺陷。
目前,國(guó)外開始將人工智能、激光技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及斷裂力學(xué)知識(shí)與超聲檢測(cè)相結(jié)合,對(duì)陶瓷制品的強(qiáng)度和剩余壽命進(jìn)行評(píng)估。
超聲波工作的原理：主要是基于超聲波在試件中的傳播特性。
a.聲源產(chǎn)生超聲波，采用一定的方式使超聲波進(jìn)入試件；
b.超聲波在試件中傳播并與試件材料以及其中的缺陷相互作用，使其傳播方向或特征被改變；
c.改變后的超聲波通過檢測(cè)設(shè)備被接收，并可對(duì)其進(jìn)行處理和分析；
d.根據(jù)接收的超聲波的特征，評(píng)估試件本身及其內(nèi)部是否存在缺陷及缺陷的特性。
超聲波技術(shù)在工程陶瓷材料無損檢測(cè)中的應(yīng)用：
因?yàn)閄射線源的大焦點(diǎn)、膠片顆粒度或熒光屏的雜斑等會(huì)導(dǎo)致圖像清晰度和對(duì)比度下降,限制了所得到的信息量。而微焦點(diǎn)技術(shù)可通過圖像投影放大獲得更多的圖像細(xì)節(jié)。
微焦點(diǎn)X射線法能檢出陶瓷材料內(nèi)部小至10μm的裂紋,但裂紋延展方向應(yīng)與射線束方向一致。
激光超聲檢測(cè)技術(shù)
利用激光產(chǎn)生超聲波的方法可分為直接式和間接式兩大類。直接式是使激光與被測(cè)材料直接作用，通過熱彈性效應(yīng)或燒蝕作用等激發(fā)出超聲波；間接式則是利用被測(cè)材料周圍的其它物質(zhì)作為中介來產(chǎn)生超聲波。
激光超聲以非接觸式激光干涉儀接收超聲波,能夠遠(yuǎn)距離遙控操作并極具抗干擾性,可精確檢測(cè)工程陶瓷材料表面缺陷位置和尺寸,對(duì)內(nèi)部裂紋及孔穴有較好的檢測(cè)效果。
紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)
紅外檢測(cè)(infrared testing)基于熱輻射的普朗克定律,掃描工件外表面由于缺陷引起的溫度差異,從而測(cè)定表面或內(nèi)部缺陷位置。
工程陶瓷材料需要經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)才能變得致密堅(jiān)硬,紅外檢測(cè)技術(shù)能在粉體燒結(jié)階段對(duì)陶瓷質(zhì)量進(jìn)行控制和分級(jí)篩選。在陶瓷無損檢測(cè)中利用紅外技術(shù)與掃描成像系統(tǒng)結(jié)合,可對(duì)氮化硅透平葉片進(jìn)行缺陷檢查,發(fā)現(xiàn)表面約100μm的細(xì)小裂紋。
紅外熱波檢測(cè)技術(shù)具有快速檢測(cè)陶瓷材料面積型缺陷的潛力,檢出微缺陷成功率高,應(yīng)用前景十分廣闊,但今后還需解決工件表面、背景輻射及缺陷大小和深度對(duì)檢測(cè)靈敏度影響的問題,相應(yīng)的溫度記錄曲線的解釋必須借助專業(yè)知識(shí)。
聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)
聲發(fā)射檢測(cè)(acoustic emission testing)通過接收陶瓷受應(yīng)力時(shí)工件內(nèi)部裂紋形成和生長(zhǎng)發(fā)出的聲信號(hào)判斷聲發(fā)射源的位置信息和實(shí)時(shí)活動(dòng)情況，主要用于在線監(jiān)測(cè)陶瓷材料內(nèi)部缺陷動(dòng)態(tài)擴(kuò)展過程,進(jìn)行陶瓷壽命預(yù)測(cè)和質(zhì)量評(píng)估。
與金屬材料不同,陶瓷材料運(yùn)用聲發(fā)射檢測(cè)需要考慮聲信號(hào)的衰減,尤其是不同方向的聲發(fā)射信號(hào)衰減和聲速變化規(guī)律。材料缺陷大小會(huì)影響聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)弱,環(huán)境和檢測(cè)設(shè)備的噪聲也會(huì)對(duì)傳感器產(chǎn)生干擾,解決好這些問題便能為聲發(fā)射檢測(cè)帶來更好的發(fā)展。
工業(yè)CT技術(shù)(ICT)
工業(yè)CT利用高能射線掃描工件得到斷層投影數(shù)據(jù),經(jīng)圖像重建算法重建出斷層圖像,被譽(yù)為最佳的無損檢測(cè)手段。
工業(yè)CT優(yōu)勢(shì)：
空間和密度分辨率小于0.5%
成像尺寸精度高
不受工件材料種類和幾何形狀限制
可生成材料缺陷的三維圖像
工業(yè)CT的優(yōu)勢(shì)使得它在工程陶瓷的材料均勻性、結(jié)構(gòu)尺寸、整體微裂紋、異常大晶粒等缺陷檢測(cè)中具有極大的研究和應(yīng)用價(jià)值。
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