Studie o akustické emisi šíření trhlin v piezokeramických materiálech při tepelném namáhání (1)

Piezokeramika PZT má výhody v tom, že jiné materiály, jako je kov, nemají vynikající odolnost vůči vysokým teplotám, odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi, ale nevýhoda špatné odolnosti piezokeramických materiálů vůči tepelnému šoku je značně omezena její funkcí. Piezokeramické materiály se poškozují v důsledku praskání a lomu způsobeného tepelným šokem, který je způsoben růstem a rozpínáním mikrotrhlin vlivem tepelného namáhání. Je však technicky obtížné studovat růst trhlin piezokeramických materiálů při tepelném namáhání. V současné době je o tom málo zpráv, zejména dynamika růstu trhlin v piezokeramických materiálech za přímého sledování tepelného namáhání nebyla pokryta procesem pozorována.

Technologie detekce akustické emise poskytuje novou metodu pro studium výše uvedených témat. Akustická emise označuje jev, že elastické vlny jsou generovány v důsledku uvolnění deformační energie, když dochází k plastické deformaci nebo tvorbě trhlin a expanzi pod vlivem vnější síly nebo vnitřního napětí. Oscilační signál události akustické emise je tlumená sinusová vlna, Vo je počáteční výstupní napětí převodníku; β je konstanta útlumu; t je šířka události akustické emise. Počet pulzů η generovaných událostí akustické emise emitovaných uvnitř materiálu je počet špiček v rozsahu přesahujícím Vt, ale nižším než Vo převodníku. Pro skutečné testovací podmínky jsou ω, β a Vt konstantní, takže η generované událostí akustické emise emitované uvnitř materiálu odráží velikost △ E uvolněnou během procesu relaxace napětí materiálu.

U křehkých piezokeramických materiálů má intenzita akustické emise při šíření trhliny vysokou amplitudu a lze ji snadno odlišit od hluku, takže je velmi efektivní studovat lomový proces piezokeramických materiálů pomocí akustické emise. Použitá technologie akustické emise při zkoušce SENB ohybem nebo termicky je poškozena piezokeramickými materiály. Tato práce přímo aplikuje technologii akustické emise v tepelném cyklu k přesnému určení dynamického procesu růstu a šíření trhlin Piezoelektrický pásek z materiálu PZT pod tepelným namáháním.

Experiment používá hlinito-mulitový piezokeramický materiál bohatý na A12O3 (≈77 % hmotnosti). Vzorek je dlouhý tyčovitý válec o Φ20 mm x 230 mm a oba konce jsou broušené a leštěné. Střední část vzorku byla umístěna do vyhřívací elektrické pece a jeden konec byl potažen vakuovým mazivem pro spojení s měničem akustické emise a upevněn svorkou. Rychlost ohřevu a chlazení elektrické pece je řízena na 5 °C/min. Čtyřkanálový akustický emisní přístroj AE-400B byl použit pro detekci signálu šíření trhliny ve vzorku při tepelném namáhání. Zisk předzesilovače byl 40 dB, dynamický rozsah hlavního zesilovače byl 60 dB a šířka pásma byla 40 ～ 4, 0 0 Hz, průběh testu je znázorněn na obrázku 2.

Test zhášení se provádí následovně: Vložte vzorek Φ20 mm x 130 mm do pece, zvyšte teplotu na předem stanovenou teplotu a udržujte ji na o.hs, a poté jej vložte do nádoby s olejovou lázní o teplotě 20 °C vybavené převodníkem akustické emise. Akustický emisní signál růstu trhliny během ochlazování vzorku. Výškový rozdíl při piezo kotoučové piezoelektrické měniče byly vhozeny do olejové lázně byla 30 cm. Pevnostní zkouška využívá metodu tříbodového ohybu s rozpětím 120 mm a rychlostí zatěžování 05 mm/min.