陶瓷材料檢測中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用探析

摘 要：概述了陶瓷材料檢測中無損檢測技術(shù)的概念及特性，例舉分析了幾項(xiàng)常用無損檢測技術(shù)，并根據(jù)當(dāng)前研究成果，分析和展望了陶瓷材料檢測中無損檢測技術(shù)的發(fā)展前景。

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-2874(2015)04-0037-02

DOI:10.13958/j.cnki.ztcg.2015.04.010

收稿日期：2015-06-20。

修訂日期：2015-06-25。

通信聯(lián)系人：周 碧，女，助理工程師。

Received date: 2015-06-20.

Revised date: 2015-06-25.

Correspondent author:ZHOU Bi, female, Assistant Engineer.

E-mail:272986895@qq.com

Application of NDT Technology in Ceramic Material Testing

ZHOU Bi

(Jiangxi Industrial Ceramic Quality Supervision and Inspection Center, Pingxiang 337000, Jiangxi, China)

Abstract: This paper mainly introduces the concept and characteristics of nondestructive testing (NDT) technology. Then some commonlyused NDT methods are discussed, their recent research situations described and future developments predicted.

Key words: ceramic material; NDT technology; test; defect

0 引 言

隨著當(dāng)前文化、科技的發(fā)展，陶瓷已經(jīng)不局限于作為食器和裝飾材料使用，生產(chǎn)者利用其耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)良特性應(yīng)用于化工、航空航天等現(xiàn)代工業(yè)中，取得顯著經(jīng)濟(jì)成效。研究結(jié)果表明，陶瓷表面或亞表面若存在10微米至60微米數(shù)量級缺陷，將有可能會導(dǎo)致陶瓷在運(yùn)用過程中遭受破壞。因此，陶瓷產(chǎn)品投入市場之前對其進(jìn)行無損技術(shù)檢測是必要的舉措。

1 無損檢測技術(shù)概述

所謂無損檢測技術(shù)，是指在不破壞被檢測物原有物理狀態(tài)、化學(xué)性質(zhì)的前提下，運(yùn)用某種方法判斷被檢測物是否合乎檢測標(biāo)準(zhǔn)的一種技術(shù)。目前，該種檢測形式可有效避免被檢測物原有價(jià)值流失，因此在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)然，每個(gè)行業(yè)中無損檢測技術(shù)所依據(jù)的理論依據(jù)和具體目標(biāo)均有所差異。其中，對于陶瓷材料而言，無損檢測的具體目的應(yīng)當(dāng)是通過技術(shù)檢測排除陶瓷具有裂紋、氣孔、結(jié)塊及夾雜等缺陷的可能性。一般情況而言，為了避免陶瓷材料在使用過程中被損壞，需要檢出60微米至600微米的缺陷。針對裂紋生長緩慢的陶瓷，需檢出20微米至200微米的缺陷，針對材料韌性要求較高的陶瓷，需檢出10微米至50微米的缺陷，針對用于精密部件的陶瓷，則需檢出1微米至30微米的缺陷。

2 簡析現(xiàn)階段無損檢測技術(shù)在陶瓷材料檢測中的應(yīng)用形式

近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的更新?lián)Q代，應(yīng)用于陶瓷材料檢測中的無損檢測技術(shù)已經(jīng)不僅僅局限于超聲檢測、表面浸透檢測、超聲檢測、顯微鏡檢測、X射線檢測等。下文主要就目前使用范圍較為廣泛或值得推廣應(yīng)用的一些技術(shù)進(jìn)行探討。

2.1 超聲檢測技術(shù)

超聲檢測是應(yīng)用于陶瓷材料檢測中應(yīng)用范圍最廣的無損檢測技術(shù)，不論是在缺陷檢測方面還是判別材質(zhì)化學(xué)特性方面均具有良好的效果。其主要是依托于超聲波的聲速及超聲波的衰減這兩個(gè)參量的數(shù)據(jù)來獲取陶瓷材料微觀組織及力學(xué)性能信息，由此判定陶瓷拆料的內(nèi)部損耗量及缺陷性質(zhì)。

依據(jù)散射理論中相關(guān)論據(jù)，在陶瓷材料檢測中應(yīng)用無算檢測技術(shù)極有可能會檢出尺寸為波長1.8%的缺陷。當(dāng)然這僅僅是一種基于科學(xué)理論的論斷，不過一些科學(xué)家的試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了上述論點(diǎn)的可行性。曾有研究者在碳化硅陶瓷材料檢測中運(yùn)用超聲檢測技術(shù)時(shí)，采用了25 MHz聚焦探頭，結(jié)果顯示在發(fā)現(xiàn)材料中存在有半徑50微米的空穴時(shí)，此時(shí)超聲波的波長為400微米左右。

2.2 X射線層析成像檢測技術(shù)

X射線層析成像檢測技術(shù)同超聲檢測技術(shù)一樣，均同時(shí)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床，該種技術(shù)在陶瓷材料檢測中應(yīng)用范圍也較為廣泛。其依托的是X射線透過被檢測物體所獲取的某種物理量測定值，以測定值為依據(jù)重建陶瓷材料某一選定斷面上的某種物理量，如此反復(fù)便可組建陶瓷材料內(nèi)部的三維圖像。

該種技術(shù)的優(yōu)勢在于：其一，空間分辨率和密度分辨率較高，一般情況下低至0.5%；其二，檢測對象不僅包含陶瓷材料，還可對空氣及金屬材料予以檢測，檢測范圍大；其三，物理特性和成像性能高；其四，不受陶瓷材料物理形態(tài)和結(jié)構(gòu)的約束。雖然其優(yōu)勢明顯，但是也存在一些局限性，諸如該種方法檢測效率低且成本高昂，因此如若是大型陶瓷材料，則不應(yīng)應(yīng)用該種方法。

2.3 紅外熱成像檢測技術(shù)

紅外熱成像檢測技術(shù)簡稱紅外無損檢測技術(shù)，是一種基于普朗克理論，結(jié)合熱輻射物理現(xiàn)象的檢測技術(shù)。簡化而言，在陶瓷材料檢測中，因?yàn)榇嬖谌毕莸胤酵旰帽砻娴臏囟葧嬖诼洳?，因此將紅外光投射至陶瓷材料，檢測者根據(jù)紅外線在陶瓷物件表面上的溫度變化或掃描記錄來判斷被測物體是否出現(xiàn)缺陷。

根據(jù)信息處理方式及對被測物件的加熱情況可以將紅外熱成像檢測技術(shù)分為兩類：①主動式檢測技術(shù)：主要運(yùn)作方式是在檢測工作開展前采用熱源對被測物件進(jìn)行加熱處理而后進(jìn)行掃描檢測的一種形式；②被動式檢測技術(shù)：主要運(yùn)作方式是在不許熱源進(jìn)行加熱的前提下直接應(yīng)用紅外輻射進(jìn)行檢測的一種形式。不論是哪種形式，都需在可遠(yuǎn)距離操作的條件下開展這項(xiàng)檢測工作。

這種檢測技術(shù)較之于上述兩種檢測技術(shù)應(yīng)用范圍稍小，雖然其靈敏度高，操作便捷安全，但是檢測結(jié)果極易受被測物體表面影響和背景輻射干擾，因此可能會出現(xiàn)無法精確測定缺陷大小及位置的情況。

3 試論陶瓷材料檢測中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用前景和發(fā)展方向

上文已經(jīng)詳細(xì)分析了目前在陶瓷材料檢測中應(yīng)用范圍較廣的三種無損檢測技術(shù)。當(dāng)然，除卻上述幾項(xiàng)數(shù)據(jù)，近些年來，一些新型無損檢測技術(shù)也開始應(yīng)用至該項(xiàng)檢測項(xiàng)目中來，雖然仍然存在一些弊端，但是不可否認(rèn)的是它們的運(yùn)用也彌補(bǔ)了一些傳統(tǒng)技術(shù)方法難以實(shí)現(xiàn)的精準(zhǔn)度。如：AE聲發(fā)射檢測技術(shù)以及超聲波顯微成像技術(shù)等。

以AE聲發(fā)射檢測技術(shù)為例，該種技術(shù)在陶瓷材料檢測中運(yùn)用可以準(zhǔn)確判定陶瓷材料的固化情況及粘結(jié)狀態(tài)，并可預(yù)測材料的最終強(qiáng)度。但是，與此同時(shí)，該種技術(shù)也存在弊端。即AE聲信號會因?yàn)椴牧狭鸭y變小而變小，因此可能會導(dǎo)致檢測過程中，受檢測環(huán)境及檢測器自身噪聲的影響而難以發(fā)現(xiàn)既有缺陷。不過不可忽視的是，近幾年來，針對AE聲發(fā)射檢測技術(shù)的缺陷衍生出了可直接測定位移的壓電轉(zhuǎn)換器及脫離于轉(zhuǎn)換器、介質(zhì)形態(tài)資料的AE原波形分析法等技術(shù)或理論。無疑，這對于AE聲發(fā)射檢測技術(shù)的后期運(yùn)用和推廣會起到促進(jìn)作用。反之，相關(guān)檢測技術(shù)的優(yōu)化也會推動陶瓷材料檢測能力的不斷提升。兩者相互促進(jìn)，相互依存，定會取得良好的共同發(fā)展態(tài)勢。

4 結(jié)束語

根據(jù)上文可以預(yù)見，隨著自動化進(jìn)程加快，以及信息數(shù)據(jù)處理技術(shù)提升，陶瓷材料檢測中無損檢測技術(shù)勢必會逐步縮小自身缺陷，出現(xiàn)更為優(yōu)異的技術(shù)形式，而這些技術(shù)形式也會逐漸在陶瓷材料檢測中發(fā)揮其應(yīng)用效用。