陶瓷材料检测中无损检测技术的应用

时间：2024-04-25

季丽萍

许昌市质量技术监督检验测试中心河南许昌 461500

1 无损检测技术概述

无损测试技术是指一种使用某种方法确定被测对象是否符合测试标准而又不破坏被测对象的原始化学性质与物理状态的技术。现阶段，这种检测方法可以有效地防止被检测物体原始价值的丢失，所以已经在各个行业得到了广泛的使用。但是，各个行业中无损检测技术的具体目标与理论基础是不同的。当中，对于陶瓷材料，无损检测的目的就是通过技术测试消除陶瓷中出现气孔，裂纹，夹杂物和结块的可能性。通常来讲，为了防止陶瓷材料在使用过程中被损坏，必须检测缺陷范围为60 微米到600 微米的[1]。对于用于精密零件的陶瓷，则需要检测出1 微米到30 微米的缺陷。对于具有高材料韧性要求的陶瓷，应检测到10 微米到50 微米之间的缺陷。对于裂纹扩展缓慢的陶瓷，必须检测20 微米到200 微米之间的缺陷。

2 简要讨论现阶段无损检测技术在陶瓷材料检测中的应用形式

2.1 超声波测试技术

超声波测试包括使用超声波换能器通过耦合介质将超声波脉冲波传输到被检物体中。观察底面反射波或被检对象内部的缺陷回波，以确定缺陷的存在和位置。超声波方法在检测被检物体的内部缺陷（例如气孔，夹渣分层和内部裂缝）方面具有优势。此外，超声波测试可以检测陶瓷材料密度与厚度的均匀性。与传统超声相比，C扫描超声技术可以从声波的传播特性中提取出更完整的信息，并且对陶瓷材料的裂纹和缝隙以及内部缺陷具有更高的分辨率。对多层陶瓷材料的整个深度与不连续性有明显的优势。超声波浸入法将被检物置于水中，超声波换能器不与被检物表面直接接触，并且水被用作耦合介质。该测试具有以下优点。①水浸扫描可以实现自动检测，为检测提供了方便。②由于声束的会聚，水浸聚焦探头可以将超声波的主要能量集中在被测件中的被测件上，可以满足检测需求。以获得更高的灵敏度与分辨率。③由于存在耦合介质的水层，因此探针不需要直接与工件接触，因此检测过程基本上不受陶瓷材料表面粗糙度的影响，并且检测盲区只能位于耦合介质的水层中，而不会影响实际的检测过程。

选择超声换能器频率尤为重要。频率的选择会影响探伤的分辨率与灵敏度。通常选择高频探头来检测厚度较小且声音衰减较小的物体。研究显示。当传感器频率选择为30Mhz 时，可以检测到大约20μm 的点状缺陷。当传感器频率选择为15Mhz 时，可以检测到大约30μm 的点状缺陷。当换能器频率选择为25Mhz 时，可以在陶瓷材料表面以下2mm 的深度检测到长度约为10-75μm 的条状缺陷。

2.2 X 射线断层扫描检测技术

超声检测技术与X 射线断层扫描检测技术相同，两者同时用于医疗诊断，并且该技术也广泛用于陶瓷材料的检测。它基于X射线穿过检测到的物体获得的特定物理量的测量值，并且该测量值用于在陶瓷材料的选定横截面中重构特定物理量，从而使图像三维内部的陶瓷材料可以重复建造[2]。

该技术的优点是：①不受陶瓷材料的物理结构与形式的限制。尽管其优点显而易见，但存在一些局限性，例如该方法的检测成本高并且效率低，因此，如果它是大型陶瓷材料，则不应使用此方法。②高图像性能与物理特性。③密度分辨率与空间分辨率较高，通常低至0．5%。④检测对象不仅包括陶瓷材料，而且包括金属材料与空气，具有广泛的检测范围。

2.3 红外热成像检测技术

红外热成像检测技术使用不同的可控热激发源来加热被检物体。如果被检物有缺陷，则瞬态热能传导可以使被检物内部温度场和表面的温度场出现差异。如果存在差异，则使用红外热像仪连续采集被检物的热谱图。通过对被检物的温度场变化进行图像处理，可以对被检物的缺陷进行量化与定位。红外热成像检测技术具有操作简单，非接触，大面积，高速，应用范围广等检测的优点。

根据激发形式的不同，可以分为电磁激发红外热成像，超声激发红外热成像与光脉冲热成像。光脉冲热成像技术更为传统。热激发的源是高能量的脉冲闪光。激发源在被检查物体的表面上形成热能波，并传播到被检查物体。

3 讨论无损检测技术在陶瓷材料检测中的应用前景和发展方向

上面已经详细讨论了现阶段在陶瓷材料测试中使用的三种非破坏性测试技术。当然，除了上述数据之外，近年来，一些新的非破坏性测试技术也已开始应用于该测试项目。尽管仍然存在一些缺点，但不可否认的是，它们的使用也抵消了某些传统技术方法的困难。实现了高精度。比如超声显微成像技术与AE 声发射检测技术[3]。

让我们以AE 声发射检测技术为例。这项技术在陶瓷材料测试中的应用可以准确地确定陶瓷材料的粘结和固化的状态，并预测材料的最终强度。但是该技术也有缺点。也就是说，由于材料中的裂纹变小，声信号AE 会变小，所以会使检测过程受检测环境和检测器自身噪声的影响而难以找到。但是，不可忽视的是，近年来，可以直接测量位移的理论（例如压电换能器）或技术以及对数据进行平均的方法与换能器分开的原始AE 波形分析方法。源于AE 声发射检测技术的缺陷。无疑，这将进一步促进声发射检测技术的推广与应用。相反，相关测试技术的优化也将促进陶瓷材料测试能力的不断提高。两者相互依存，相互促进，必将实现共同发展的良好势头。