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準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)。現(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)的具體目標與理論基礎(chǔ)是不同的。當中，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。當傳感器頻率選擇為30Mhz 時，可以檢測到大約20μm 的點狀缺陷。當傳感器頻率選擇為15Mhz 時，可以檢測到大約30μm 的點狀缺陷。當換能器頻率選擇為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)使用不同的可控熱激發(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。