10
Рис:№1: Комплекс аппаратурных 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 управления внешний вспомогательными
устройствами 9, ЭВМ "МЕРА-1300" 10. Аналоговая часть, счетчики и
блок управления внешним, устройствами изготовлены в стандарте аппаратуры для
научных исследований "КАМАК". Комплекс имеет возможность производить
сбор и обработку информации по пяти амплитудным уровням дискриминации в режиме
"реального времени», а также осуществляет управление режимами ударного и
термического нагружения керамических образцов. Разрушенные образцы подвергались
визуальному контролю под оптическим микроскопом и просматривались на растровом
электронном микроскопе BS-301.
В качестве объекта исследований служили образцы
из керамики Si3N4
и образцы из керамики на основе полиалюминатов натрия.
Возрастающий интерес к керамике Si3N4 как к
конструкционному материалу остро поставил вопрос о возможности неразрушающего
контроля прочности изделий из этого материала. В работе [I] показано, что параметры
АЭ в процессе испытаний на изгиб оказываются не связанными с предельными характеристиками
образцов из нитрида кремния.
Нами были проведены следующие исследования:
- регистрация сигналов АЭ при ударном
воздействии на образец падающего стального шарика;
- регистрация сигналов АЭ при испытаниях на
изгиб до нагрузки, равной 0,1...0,3% от разрушающей;
- регистрация сигналов АЭ при нагреве и резком
охлаждении образца.
На основе экспериментальных данных проводился корреляционный
анализ
на наличие линейной связи между параметрами
сигналов АЗ и прочностью керамических образцов. Результаты анализа указывают на
наличие линейной связи (коэффициент корреляции 0,8) между предельным
изгибающим моментом и суммарным счетом АЭ, возникающей при неразрушающих механических
воздействиях. Установленная зависимость может служить предпосылкой для разработки
экспресс-метода неразрушающего контроля керамических изделий.
Надежность работы изделий из керамики на основе
полиалюминатов натрия во многом зависит от однородности свойств по всему объему
образца (2).. Появление локальных неоднородностей зачастую связано с отсутствием
методов контроля качества как внутри технологического процесса изготовления
керамических изделий, так и на выходе последнего.
Исследования керамики на основе полиалюминатов
натрия методом АЗ проводились по следующим направлениям:
- временные исследования (т.к. часть изделий
разрушалась по истечении времени без видимых причин);
- исследования на механическую прочность;
- исследования на термостойкость.
Временные исследования проводились с
периодичностью десять дней. В качестве возмущающей нагрузки был использован
удар стального шарика. В результате исследований замечено, что для более
прочных изделий наблюдается более высокий суммарный счет АЭ.
Аналогичный результат был получен и в
исследованиях на механическую прочность, в ходе которых образцы подвергались
одноосновному сжатию по наиболее длинному геометрическому размеру до давления
12 МПа и воздействию ударом стального шарика.
Исследования термостойкости керамики
производились методом термоциклирования и показали, что для более прочных
изделий наблюдается волнообразное снижение скорости счета АЭ с увеличением
числа термоциклов. В случае менее прочных образцов скорость счета А2 возрастает
при тех же условиях, что, видимо, связано с ростом процессов трещинообразования.
После разрушения керамические образцы
исследовались с помощью оптического и растрового электронного микроскопов.
Наиболее тщательно изучалась область разрушения, при атом ставилась задача
определить наиболее вероятное положение дефекта, являющегося причиной начала
разрушения.
Рис. 2.дефект поверхности керамики (РЭМ
200-301,х270)
Каждый отдельный кристалл представляет собой
гексагональную призму высотой около 50 мкм и длиной
грани около 150 мкм. Сами "розочки" встречаются вблизи
внутренней или внешней поверхности изделия. Нежно предположить, что
возникновение дефектов связано с включенном железа. В работах, проведенных
другими исследователями (3),, было замечено, что такие же дефекты
обусловлены обилием в них железа. Загрязнение может быть связано с
технологическим процессом, в ходе которого мелкие частицы железа попадают в
сырье при перемешивании, при формовке или по другим причинам.
В ходе исследований возникло предположение о
возможной неравномерности распределения натрия по толщине образца.
Кристаллическая решетка исследуемой керамики построена из ионов нескольких
видов, тогда как другие ионы статистически распределены по большому числу мест
и образуют подобие "ионной жидкости". Установлено, что некоторые особенности
керамики связаны с наличием такой "ионной жидкости", образованной
ионами натрия. Мы пытались подучить информацию о распределении натрия
каким-либо косвенным методом. При слабом ионном травлении поверхности керамики
наблюдалось выделение вещества, дающего при гидратации щелочную реакцию (NaOH). Распределение
выделившегося вещества связано с распре делением микротрещин на поверхности
керамики.
Интересно, что выделение натрия в менее
выраженном виде было замечено ранее при облучении таких материалов пучками
электронов с энергией до 200 кэВ [4]. Видимо, миграция натрия в керамике при
ионном травлении связана с электрической зарядкой ее, причем, существенную роль
здесь играет распределение микротрещин на поверхности образца. Можно полагать,
что механизм разрушения керамики связан с миграцией Na2O из проводящих плоскостей
полиалюмината натрия с последующим разрушением структуры и формированием
утолщенных штинельных слоев.
Приведенные выше результаты позволяют сделать
вывод о возможности применения акустико-эмиссиионного метода неразрушающего
контроля в технологическом процессе производства изделий из керамики на основе
полиалюминатов
натрия.
Список литературы
1. Гогоци Г.А., Неговский А.Н. Эффективность
метода акустической эмиссии для оценки прочностных свойств керамики м огнеупоров
в зависимости 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 на основе полиалюминатов
натрия// Стекло и керамика. - 1987. - № 5, - С.22-23.
Похожие работы на - Исследование метода акустической эмиссии для определения прочности конструкционных керамических материалов