陶瓷材料檢測中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用

季麗萍

許昌市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試中心 河南許昌 461500

1 無損檢測技術(shù)概述

無損測試技術(shù)是指一種使用某種方法確定被測對象是否符合測試標(biāo)準(zhǔn)而又不破壞被測對象的原始化學(xué)性質(zhì)與物理狀態(tài)的技術(shù)?，F(xiàn)階段，這種檢測方法可以有效地防止被檢測物體原始價值的丟失，所以已經(jīng)在各個行業(yè)得到了廣泛的使用。但是，各個行業(yè)中無損檢測技術(shù)的具體目標(biāo)與理論基礎(chǔ)是不同的。當(dāng)中，對于陶瓷材料，無損檢測的目的就是通過技術(shù)測試消除陶瓷中出現(xiàn)氣孔，裂紋，夾雜物和結(jié)塊的可能性。通常來講，為了防止陶瓷材料在使用過程中被損壞，必須檢測缺陷范圍為60 微米到600 微米的[1]。對于用于精密零件的陶瓷，則需要檢測出1 微米到30 微米的缺陷。對于具有高材料韌性要求的陶瓷，應(yīng)檢測到10 微米到50 微米之間的缺陷。對于裂紋擴展緩慢的陶瓷，必須檢測20 微米到200 微米之間的缺陷。

2 簡要討論現(xiàn)階段無損檢測技術(shù)在陶瓷材料檢測中的應(yīng)用形式

2.1 超聲波測試技術(shù)

超聲波測試包括使用超聲波換能器通過耦合介質(zhì)將超聲波脈沖波傳輸?shù)奖粰z物體中。觀察底面反射波或被檢對象內(nèi)部的缺陷回波，以確定缺陷的存在和位置。超聲波方法在檢測被檢物體的內(nèi)部缺陷（例如氣孔，夾渣分層和內(nèi)部裂縫）方面具有優(yōu)勢。此外，超聲波測試可以檢測陶瓷材料密度與厚度的均勻性。與傳統(tǒng)超聲相比，C掃描超聲技術(shù)可以從聲波的傳播特性中提取出更完整的信息，并且對陶瓷材料的裂紋和縫隙以及內(nèi)部缺陷具有更高的分辨率。對多層陶瓷材料的整個深度與不連續(xù)性有明顯的優(yōu)勢。超聲波浸入法將被檢物置于水中，超聲波換能器不與被檢物表面直接接觸，并且水被用作耦合介質(zhì)。該測試具有以下優(yōu)點。①水浸掃描可以實現(xiàn)自動檢測，為檢測提供了方便。②由于聲束的會聚，水浸聚焦探頭可以將超聲波的主要能量集中在被測件中的被測件上，可以滿足檢測需求。以獲得更高的靈敏度與分辨率。③由于存在耦合介質(zhì)的水層，因此探針不需要直接與工件接觸，因此檢測過程基本上不受陶瓷材料表面粗糙度的影響，并且檢測盲區(qū)只能位于耦合介質(zhì)的水層中，而不會影響實際的檢測過程。

選擇超聲換能器頻率尤為重要。頻率的選擇會影響探傷的分辨率與靈敏度。通常選擇高頻探頭來檢測厚度較小且聲音衰減較小的物體。研究顯示。當(dāng)傳感器頻率選擇為30Mhz 時，可以檢測到大約20μm 的點狀缺陷。當(dāng)傳感器頻率選擇為15Mhz 時，可以檢測到大約30μm 的點狀缺陷。當(dāng)換能器頻率選擇為25Mhz 時，可以在陶瓷材料表面以下2mm 的深度檢測到長度約為10-75μm 的條狀缺陷。

2.2 X 射線斷層掃描檢測技術(shù)

超聲檢測技術(shù)與X 射線斷層掃描檢測技術(shù)相同，兩者同時用于醫(yī)療診斷，并且該技術(shù)也廣泛用于陶瓷材料的檢測。它基于X射線穿過檢測到的物體獲得的特定物理量的測量值，并且該測量值用于在陶瓷材料的選定橫截面中重構(gòu)特定物理量，從而使圖像三維內(nèi)部的陶瓷材料可以重復(fù)建造[2]。

該技術(shù)的優(yōu)點是：①不受陶瓷材料的物理結(jié)構(gòu)與形式的限制。盡管其優(yōu)點顯而易見，但存在一些局限性，例如該方法的檢測成本高并且效率低，因此，如果它是大型陶瓷材料，則不應(yīng)使用此方法。②高圖像性能與物理特性。③密度分辨率與空間分辨率較高，通常低至0．5%。④檢測對象不僅包括陶瓷材料，而且包括金屬材料與空氣，具有廣泛的檢測范圍。

2.3 紅外熱成像檢測技術(shù)

紅外熱成像檢測技術(shù)使用不同的可控?zé)峒ぐl(fā)源來加熱被檢物體。如果被檢物有缺陷，則瞬態(tài)熱能傳導(dǎo)可以使被檢物內(nèi)部溫度場和表面的溫度場出現(xiàn)差異。如果存在差異，則使用紅外熱像儀連續(xù)采集被檢物的熱譜圖。通過對被檢物的溫度場變化進行圖像處理，可以對被檢物的缺陷進行量化與定位。紅外熱成像檢測技術(shù)具有操作簡單，非接觸，大面積，高速，應(yīng)用范圍廣等檢測的優(yōu)點。

根據(jù)激發(fā)形式的不同，可以分為電磁激發(fā)紅外熱成像，超聲激發(fā)紅外熱成像與光脈沖熱成像。光脈沖熱成像技術(shù)更為傳統(tǒng)。熱激發(fā)的源是高能量的脈沖閃光。激發(fā)源在被檢查物體的表面上形成熱能波，并傳播到被檢查物體。

3 討論無損檢測技術(shù)在陶瓷材料檢測中的應(yīng)用前景和發(fā)展方向

上面已經(jīng)詳細(xì)討論了現(xiàn)階段在陶瓷材料測試中使用的三種非破壞性測試技術(shù)。當(dāng)然，除了上述數(shù)據(jù)之外，近年來，一些新的非破壞性測試技術(shù)也已開始應(yīng)用于該測試項目。盡管仍然存在一些缺點，但不可否認(rèn)的是，它們的使用也抵消了某些傳統(tǒng)技術(shù)方法的困難。實現(xiàn)了高精度。比如超聲顯微成像技術(shù)與AE 聲發(fā)射檢測技術(shù)[3]。

讓我們以AE 聲發(fā)射檢測技術(shù)為例。這項技術(shù)在陶瓷材料測試中的應(yīng)用可以準(zhǔn)確地確定陶瓷材料的粘結(jié)和固化的狀態(tài)，并預(yù)測材料的最終強度。但是該技術(shù)也有缺點。也就是說，由于材料中的裂紋變小，聲信號AE 會變小，所以會使檢測過程受檢測環(huán)境和檢測器自身噪聲的影響而難以找到。但是，不可忽視的是，近年來，可以直接測量位移的理論（例如壓電換能器）或技術(shù)以及對數(shù)據(jù)進行平均的方法與換能器分開的原始AE 波形分析方法。源于AE 聲發(fā)射檢測技術(shù)的缺陷。無疑，這將進一步促進聲發(fā)射檢測技術(shù)的推廣與應(yīng)用。相反，相關(guān)測試技術(shù)的優(yōu)化也將促進陶瓷材料測試能力的不斷提高。兩者相互依存，相互促進，必將實現(xiàn)共同發(fā)展的良好勢頭。

4 結(jié)語

總而言之，陶瓷材料測試中的無損檢測技術(shù)會逐步降低自身的缺陷，并出現(xiàn)更加優(yōu)秀的技術(shù)模式，這些技術(shù)模式將逐漸在陶瓷材料測試中發(fā)揮其應(yīng)用效果。