工程陶瓷微缺陷無(wú)損檢測技術(shù)原理剖析
作者：宇冠檢測 發(fā)布時(shí)間：2017-02-07 閱讀： 來(lái)源：瓷庫中國
陶瓷因其優(yōu)良的性能被廣泛地應用于各個(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)良的機械性能。目前，工程已經(jīng)被廣泛的應用于航空航天等尖端領(lǐng)域。工程陶瓷制品加工工序復雜,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試手段對陶瓷材料微缺陷進(jìn)行全面檢測。
無(wú)損檢測(NDT)在不改變被檢對象使用性能的前提下評價(jià)材料完整性和連續性,檢出固有缺陷及其形狀、位置和大小等信息,適于檢測加工效率低而成本高的工程陶瓷材料的缺陷情況。
陶瓷材料常規無(wú)損檢測方法
液體滲透檢測技術(shù)(PT)
液體滲透檢測利用液體毛細管作用原理,能夠對多種材料及其制件表面開(kāi)口缺陷進(jìn)行非破壞性檢查?？蓹z測出非多孔性、固相材料開(kāi)口于表面之間斷。
對均勻而致密的工程陶瓷材料,熒光或著(zhù)色滲透方法能檢出開(kāi)度小至1μm的氣孔、裂紋等表面缺陷,但對材料表面粗糙度和整潔度要求高,未經(jīng)預清洗或沾有污物的表面和空隙會(huì )產(chǎn)生附加背景,影響識別檢測結果。
滲透檢測的基本原理：滲透檢測是基本與液體的毛細作用（或毛細現象）和固體染料在一定條件下的發(fā)光現象。
滲透檢測的工作原理：滲透劑在毛細管作用下,滲入表面開(kāi)口缺陷內;在去除工件表面多余的滲透劑后,通過(guò)顯象劑的毛細管作用將缺陷內的滲透劑吸附到工件表面形成痕跡而顯示缺陷的存在。
超聲檢測技術(shù)（UT）
超聲檢測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(lái)探測材料內部或表面/亞表面缺陷。
目前,國外開(kāi)始將人工智能、激光技術(shù)、數字信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )以及斷裂力學(xué)知識與超聲檢測相結合,對陶瓷制品的強度和剩余壽命進(jìn)行評估。
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(guò)檢測設備被接收，并可對其進(jìn)行處理和分析；
d.根據接收的超聲波的特征，評估試件本身及其內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(wú)損檢測中的應用：
因為X射線(xiàn)源的大焦點(diǎn)、膠片顆粒度或熒光屏的雜斑等會(huì )導致圖像清晰度和對比度下降,限制了所得到的信息量。而微焦點(diǎn)技術(shù)可通過(guò)圖像投影放大獲得更多的圖像細節。
微焦點(diǎn)X射線(xiàn)法能檢出陶瓷材料內部小至10μm的裂紋,但裂紋延展方向應與射線(xiàn)束方向一致。
激光超聲檢測技術(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(lèi)。直接式是使激光與被測材料直接作用，通過(guò)熱彈性效應或燒蝕作用等激發(fā)出超聲波；間接式則是利用被測材料周?chē)钠渌镔|(zhì)作為中介來(lái)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,能夠遠距離遙控操作并極具抗干擾性,可精確檢測工程陶瓷材料表面缺陷位置和尺寸,對內部裂紋及孔穴有較好的檢測效果。
紅外熱成像檢測技術(shù)
紅外檢測(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,從而測定表面或內部缺陷位置。
工程陶瓷材料需要經(jīng)過(guò)高溫燒結才能變得致密堅硬,紅外檢測技術(shù)能在粉體燒結階段對陶瓷質(zhì)量進(jìn)行控制和分級篩選。在陶瓷無(wú)損檢測中利用紅外技術(shù)與掃描成像系統結合,可對氮化硅透平葉片進(jìn)行缺陷檢查,發(fā)現表面約100μm的細小裂紋。
紅外熱波檢測技術(shù)具有快速檢測陶瓷材料面積型缺陷的潛力,檢出微缺陷成功率高,應用前景十分廣闊,但今后還需解決工件表面、背景輻射及缺陷大小和深度對檢測靈敏度影響的問(wèn)題,相應的溫度記錄曲線(xiàn)的解釋必須借助專(zhuān)業(yè)知識。
聲發(fā)射檢測技術(shù)
聲發(fā)射檢測(acoustic emission testing)通過(guò)接收陶瓷受應力時(shí)工件內部裂紋形成和生長(cháng)發(fā)出的聲信號判斷聲發(fā)射源的位置信息和實(shí)時(shí)活動(dòng)情況，主要用于在線(xiàn)監測陶瓷材料內部缺陷動(dòng)態(tài)擴展過(guò)程,進(jìn)行陶瓷壽命預測和質(zhì)量評估。
與金屬材料不同,陶瓷材料運用聲發(fā)射檢測需要考慮聲信號的衰減,尤其是不同方向的聲發(fā)射信號衰減和聲速變化規律。材料缺陷大小會(huì )影響聲發(fā)射信號強弱,環(huán)境和檢測設備的噪聲也會(huì )對傳感器產(chǎn)生干擾,解決好這些問(wèn)題便能為聲發(fā)射檢測帶來(lái)更好的發(fā)展。
工業(yè)CT技術(shù)(ICT)
工業(yè)CT利用高能射線(xiàn)掃描工件得到斷層投影數據,經(jīng)圖像重建算法重建出斷層圖像,被譽(yù)為最佳的無(wú)損檢測手段。
工業(yè)CT優(yōu)勢：
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(lèi)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)勢使得它在工程陶瓷的材料均勻性、結構尺寸、整體微裂紋、異常大晶粒等缺陷檢測中具有極大的研究和應用價(jià)值。
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