دراسة عن الانبعاث الصوتي لانتشار الشقوق في المواد الخزفية الضغطية تحت الضغط الحراري (1)

يتمتع PZT الخزف الخزفي بمزايا تتمثل في أن المواد الأخرى مثل المعدن لا تتمتع بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل، ولكن عيب مقاومة الصدمات الحرارية الضعيفة للمواد الخزفية الانضغاطية قد حد بشكل كبير من وظيفتها. تتضرر المواد الخزفية الانضغاطية بسبب التشقق والكسر الناجم عن الصدمة الحرارية، والتي تنتج عن نمو وتوسع الشقوق الصغيرة بسبب الإجهاد الحراري. ومع ذلك، فمن الصعب من الناحية الفنية دراسة نمو الشقوق في المواد الخزفية الانضغاطية تحت الضغط الحراري. في الوقت الحاضر، هناك القليل من التقارير حول هذا الأمر، خاصة أن ديناميكيات نمو التشققات في المواد الخزفية الانضغاطية تحت المراقبة المباشرة للإجهاد الحراري لم يتم رؤيتها من خلال تغطية العملية.

توفر تقنية الكشف عن الانبعاثات الصوتية طريقة جديدة لدراسة المواضيع المذكورة أعلاه. يشير الانبعاث الصوتي إلى ظاهرة توليد الموجات المرنة بسبب إطلاق طاقة الإجهاد عندما يحدث تشوه البلاستيك أو تكوين الشقوق والتوسع تحت تأثير القوة الخارجية أو الضغط الداخلي. الإشارة المتذبذبة لحدث الانبعاث الصوتي هي موجة جيبية مخمدة، Vo هو جهد الخرج الأولي لمحول الطاقة؛ β هو ثابت التوهين؛ t هو عرض حدث الانبعاث الصوتي. عدد النبضات η المتولدة عن حدث انبعاث صوتي صادر داخل المادة هو عدد القمم في نطاق يتجاوز Vt، ولكنه أقل من Vo لمحول الطاقة. بالنسبة لحالة الاختبار الفعلية، تكون ω وβ وVt ثابتة، لذا فإن η الناتجة عن حدث انبعاث صوتي صادر داخل المادة تعكس حجم △ E المنبعث أثناء عملية تخفيف إجهاد المادة.

بالنسبة للمواد الخزفية الانضغاطية الهشة، فإن شدة الانبعاث الصوتي أثناء انتشار الشقوق لها سعة عالية ويسهل تمييزها عن الضوضاء، لذلك من الفعال جدًا دراسة عملية كسر المواد الخزفية الانضغاطية عن طريق الانبعاث الصوتي. تكنولوجيا الانبعاث الصوتي المستخدمة في اختبار الانحناء SENB تتعرض للتلف الحراري بسبب المواد الخزفية الانضغاطية. يطبق هذا العمل بشكل مباشر تقنية الانبعاث الصوتي في الدورة الحرارية لتحديد العملية الديناميكية لنمو الشقوق وانتشارها بدقة شريط كهرضغطية من مادة PZT تحت الضغط الحراري.

تستخدم التجربة مادة سيراميك الألومينا-موليت الغنية بـ A1₂O₃ (≈77% بالكتلة). العينة عبارة عن أسطوانة طويلة على شكل قضيب مقاس Φ20 مم × 230 مم، وكلا الطرفين مطحون ومصقول. تم وضع الجزء الأوسط من العينة في فرن تسخين كهربائي، وتم طلاء أحد طرفيه بشحم فراغي لتوصيله بمحول طاقة الانبعاث الصوتي وتثبيته بمشبك. يتم التحكم في معدل التسخين والتبريد للفرن الكهربائي عند 5 درجات مئوية / دقيقة. تم استخدام أداة الانبعاث الصوتي ذات أربع قنوات AE-400B للكشف عن إشارة انتشار الكراك للعينة تحت الضغط الحراري. كان كسب المضخم الأولي 40 ديسيبل، وكان النطاق الديناميكي لمكبر الصوت الرئيسي 60 ديسيبل، وكان عرض النطاق الترددي 40 ～ 4. 0 0 هرتز، وتظهر عملية الاختبار في الشكل 2.

يتم إجراء اختبار التبريد على النحو التالي: ضع العينة Φ20mm x 130mm في الفرن، وارفع درجة الحرارة إلى درجة حرارة محددة مسبقًا واحفظها عند درجة حرارة o.hs، ثم ضعها في حاوية حمام زيت بدرجة حرارة 20 درجة مئوية ومجهزة بمحول انبعاث صوتي. إشارة انبعاث صوتية لنمو الشقوق أثناء تبريد العينة. فرق الارتفاع عند يتم إسقاط محولات الطاقة الكهرضغطية ذات القرص الانضغاطي في حمام الزيت بمقدار 30 سم. يستخدم اختبار القوة طريقة الانحناء ثلاثية النقاط بمدى 120 مم ومعدل تحميل 05. مم / دقيقة.