Реферат: Исследование метода акустической эмиссии для определения прочности конструкционных керамических материалов

Вопрос использования метода акустической эмиссии(АЭ) для неразрушающего контроля и прогнозирования прочности конструкционных ке­рамическихматериалов в настоящее время весьма актуален.

С целью выявления взаимосвязи между параметрам акустическихси­гналов, возникающих в керамических образцах под воздействием удар­ной,монотонно возрастающей механической и термической нагрузки, и предельнойпрочностью выполнялись исследования при помощи комплекса аппаратурных средствдля регистрации сигналов АЭ (рис. I).

<img src="/cache/referats/17559/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1065"><img src="/cache/referats/17559/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1061"><img src="/cache/referats/17559/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1058"><img src="/cache/referats/17559/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1073"><div v:shape="_x0000_s1028">

9

                                             квнешним                     

<img src="/cache/referats/17559/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1066"><img src="/cache/referats/17559/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1062"><img src="/cache/referats/17559/image007.gif" v:shapes="_x0000_s1059"><img src="/cache/referats/17559/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1074">                                            устройствам                    

<div v:shape="_x0000_s1038">

3

<div v:shape="_x0000_s1031">

4

5

6

7

8

                                                                

2

<img src="/cache/referats/17559/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1052"> <img src="/cache/referats/17559/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1032"> <img src="/cache/referats/17559/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1053"> <img src="/cache/referats/17559/image011.gif" v:shapes="_x0000_s1041 _x0000_s1057 _x0000_s1060 _x0000_s1085 _x0000_s1087 _x0000_s1088"> <img src="/cache/referats/17559/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1033"> <img src="/cache/referats/17559/image012.gif" v:shapes="_x0000_s1054"> <img src="/cache/referats/17559/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1034"> <img src="/cache/referats/17559/image013.gif" v:shapes="_x0000_s1055"> <img src="/cache/referats/17559/image014.gif" v:shapes="_x0000_s1035"> <img src="/cache/referats/17559/image015.gif" v:shapes="_x0000_s1056"> <img src="/cache/referats/17559/image016.gif" v:shapes="_x0000_s1077 _x0000_s1078 _x0000_s1079 _x0000_s1080 _x0000_s1081 _x0000_s1082">


<div v:shape="_x0000_s1044">

10

<img src="/cache/referats/17559/image017.gif" v:shapes="_x0000_s1086">                                                                             1

<img src="/cache/referats/17559/image018.gif" v:shapes="_x0000_s1068 _x0000_s1069"> <img src="/cache/referats/17559/image019.gif" v:shapes="_x0000_s1067 _x0000_s1070">


    Рис:№1: Комплексаппаратурных средств для регистрации сигналов АЭ:  1-датчик АЭ,        2-усилитель, 3-аналоговая часть,4-8-счетчики,9-блок управления внешними устройствами, 10-ЭВМ «МЕРА-1300»

В состав комплекса входит: датчик АЭ I,предварительный усилитель 2, аналоговая часть 3, счетчики 4-8, блок управлениявнешний вспомогательными устройствами 9, ЭВМ «МЕРА-1300» 10.Аналоговая часть, счет­чики и блок управления внешним, устройствами изготовленыв стандар­те аппаратуры для научных исследований «КАМАК». Комплексимеет  возможность производить сбор иобработку информации по пяти амплитудным уровням дискриминации в режиме«реального времени», а также осуществляет управление режимами ударного итермического нагружения керамических образцов. Разрушенные образцы подвергалисьвизуальному контролю под оптическим микроскопом и просматривались на растровомэлектронном микроскопе BS-301.

В качестве объекта исследований служили образцыиз керамики Si3N4 и образцы из керамикина основе полиалюминатов натрия.

Возрастающий интерес к керамике Si3N4  как к конструкционному материалу остропоставил вопрос о возможности неразрушающего контро­ля прочности изделий изэтого материала. В работе [I] показано, что параметрыАЭ в процессе испытаний на изгиб оказываются не связанными с предельными характеристикамиобразцов из нитрида кремния.

Нами были проведены следующие исследования:

-   регистрация сигналов АЭ при ударном воздействии на образец па­дающегостального шарика;

- регистрация сигналов АЭ при испытаниях на изгиб до нагрузки, равной0,1...0,3% от разрушающей;

- регистрация сигналов АЭ при нагреве и резком охлаждении образца.

На основе экспериментальных данных проводился корреляционныйанализ

на наличие линейной связи между параметрамисигналов АЗ и прочностью керамических образцов. Результаты анализа указывают наналичие линей­ной связи (коэффициент корреляции 0,8) между предельнымизгибающим моментом и суммарным счетом АЭ, возникающей при неразрушающих механи­ческихвоздействиях. Установленная зависимость может служить предпосылкой для разработкиэкспресс-метода неразрушающего контроля керами­ческих изделий.

Надежность работы изделий из керамики на основеполиалюминатов натрия во многом зависит от однородности свойств по всему объемуобразца (2)… Появление локальных неоднородностей зачастую связано с от­сутствиемметодов контроля качества как внутри технологического процесса изготовлениякерамических изделий, так и на выходе последнего.

Исследования керамики на основе полиалюминатовнатрия методом АЗ проводились по следующим направлениям:

- временные исследования (т.к. часть изделий разрушалась по истечениивремени без видимых причин);

- исследования на механическую прочность;

- исследования на термостойкость.

Временные исследования проводились спериодичностью десять дней. В качестве возмущающей нагрузки был использованудар стального шарика. В результате исследований замечено, что для болеепрочных изделий на­блюдается более высокий суммарный счет АЭ.

Аналогичный результат был получен и висследованиях на механическую прочность, в ходе которых образцы подвергалисьодноосновному сжатию по наиболее длинному геометрическому размеру до давления12 МПа и воздействию ударом стального шарика.

Исследования термостойкости керамикипроизводились методом термоциклирования и показали, что для более прочныхизделий наблюдается волнообразное снижение скорости счета АЭ с увеличениемчисла термоциклов. В случае менее прочных образцов скорость счета А2 возрастаетпри тех же условиях, что, видимо, связано с ростом процессов трещинообразования.

После разрушения керамические образцыисследовались с помощью оп­тического и растрового электронного микроскопов.Наиболее тщательно изучалась область разрушения, при атом ставилась задачаопределить наиболее вероятное положение дефекта, являющегося причиной началараз­рушения.

Было обнаружено, что образовавшиеся разломысвязаны с дефектами, которые при просмотре под оптическим микроскопомпредставлялись корич­невыми пятнышками размером до 0,5 мм. При   исследовании на растровом электронноммикроскопе выявлено, что дефекты представляют собой скоп­ление крупныхкристаллов, создавших вокруг себя зону напряжений (рис. 2), расположенных разупорядоченно:все скопление выглядит в виде цветка со множеством лепестков, растущих отодного центра – «розочки».

<img src=»/cache/referats/17559/image021.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

Рис. 2.дефект поверхности керамики (РЭМ200-301, х270)

Каждый отдельный кристалл представляет собойгексагональную призму высотой около 50 мкм и длинойграни около 150 мкм. Сами «розочки» встречаются вблизивнутренней или внешней поверхности изделия. Нежно предположить, чтовозникновение дефектов связано с включенном железа. В работах, проведенныхдругими исследователями (3),, было замечено, что такие же дефектыобусловлены обилием в них железа. Загрязнениеможет быть связано стехнологическим процессом, в ходе которого мел­кие частицы железа попадают всырье при перемешивании, при формовке или по другим причинам.

В ходе исследований возникло предположение овозможной неравномер­ности распределения натрия по толщине образца.Кристаллическая решет­ка исследуемой керамики построена из ионов несколькихвидов, тогда как другие ионы статистически распределены по большому числу мести образуют подобие «ионной жидкости». Установлено, что некоторые осо­бенностикерамики связаны с наличием такой «ионной жидкости», образо­ваннойионами натрия. Мы пытались подучить информацию о распределении натриякаким-либо косвенным методом. При слабом ионном травлении по­верхности керамикинаблюдалось выделение вещества, дающего при гидра­тации щелочную реакцию (NaOH). Распределениевыделившегося вещества связано с распре делением микротрещин на поверхностикерамики.

Интересно, что выделение натрия в менеевыраженном виде было заме­чено ранее при облучении таких материалов пучкамиэлектронов с энер­гией до 200 кэВ [4]. Видимо, миграция натрия в керамике приионном травлении связана с электрической зарядкой ее, причем, существенную рольздесь играет распределение микротрещин на поверхности образца. Можно полагать,что механизм разрушения керамики связан с миграцией Na2Oиз проводящих плоскостейполиалюмината натрия с последующим разрушением структуры и формированиемутолщенных штинельных слоев.

Приведенные выше результаты позволяют сделатьвывод о возможности применения акустико-эмиссиионного метода неразрушающегоконтроля в технологическом процессе производства изделий из керамики на основеполиалюминатов натрия.                                                                           

Список     литературы

1.   Гогоци   Г.А., Неговский А.Н. Эффективность мето­даакустической эмиссии для оценки прочностных свойств керамики м ог­неупоров взависимости от особенностей их деформирования// Огнеупоры. — 1983. — 6. — С.13-18.

2.   Алимова   И.А., Люцарева   Л.А., Пивник -  Е.Д.,  Яковлева   Н.А. Методы выявления: дефектов керамики наоснове полиалюминатов натрия// Стекло и керамика. — 1987. — № 5, — С.22-23.

еще рефераты
Еще работы по технике