بررسی انتشار آکوستیک انتشار ترک در مواد پیزو سرامیک تحت تنش حرارتی (1)

پیزوسرامیک PZT دارای مزایایی است که سایر مواد مانند فلز مقاومت عالی در دمای بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی ندارند، اما نقطه ضعف مقاومت در برابر شوک حرارتی ضعیف مواد سرامیک پیزو به دلیل عملکرد آن بسیار محدود شده است. مواد سرامیکی پیزو به دلیل ترک خوردگی و شکستگی ناشی از شوک حرارتی که در اثر رشد و انبساط ریزترک ها در اثر تنش حرارتی ایجاد می شود، آسیب می بینند. با این حال، مطالعه رشد ترک مواد پیزو سرامیکی تحت تنش حرارتی از نظر فنی دشوار است. در حال حاضر، گزارش های کمی در این مورد وجود دارد، به ویژه پویایی رشد ترک در مواد پیزوسرامیک تحت نظارت مستقیم تنش حرارتی توسط پوشش فرآیند دیده نشده است.

فناوری تشخیص انتشار صوتی روش جدیدی را برای مطالعه موضوعات فوق ارائه می دهد. انتشار آکوستیک به پدیده ای اطلاق می شود که امواج الاستیک به دلیل آزاد شدن انرژی کرنش زمانی که تغییر شکل پلاستیک یا تشکیل ترک و انبساط تحت تأثیر نیروی خارجی یا تنش داخلی رخ می دهد، ایجاد می شود. سیگنال نوسانی یک رویداد انتشار صوتی یک موج سینوسی میرا شده است، Vo ولتاژ خروجی اولیه مبدل است. β ثابت میرایی است. t پهنای رویداد انتشار صوتی است. تعداد پالس‌های η تولید شده توسط یک رویداد تابش صوتی صادر شده در داخل ماده، تعداد پیک‌هایی است که در محدوده بیش از Vt، اما کمتر از Vo مبدل است. برای یک شرایط آزمایشی واقعی، ω، β و Vt ثابت هستند، بنابراین η تولید شده توسط یک رویداد انتشار صوتی که در داخل ماده منتشر می‌شود، بزرگی △ E آزاد شده در طول فرآیند آرام‌سازی تنش ماده را منعکس می‌کند.

برای مواد پیزو سرامیکی شکننده، شدت انتشار آکوستیک در حین انتشار ترک دارای دامنه بالایی است و به راحتی از نویز تشخیص داده می شود، بنابراین مطالعه فرآیند شکست مواد سرامیک پیزو با انتشار آکوستیک بسیار موثر است. فناوری انتشار آکوستیک استفاده شده در تست خمش SENB از نظر حرارتی توسط مواد سرامیکی پیزو آسیب دیده است. این کار مستقیماً از فناوری انتشار آکوستیک در چرخه حرارتی برای تعیین دقیق فرآیند دینامیکی رشد ترک و انتشار استفاده می کند. نوار پیزوالکتریک مواد PZT تحت تنش حرارتی.

در این آزمایش از مواد سرامیکی پیزو پیزو آلومینا-مولایت غنی از A12O3 (≈77 درصد وزنی) استفاده شد. این نمونه یک استوانه میله‌ای بلند با ابعاد Φ20 میلی‌متر در 230 میلی‌متر است و هر دو انتهای آن آسیاب و صیقلی است. قسمت میانی نمونه در یک کوره الکتریکی گرمایشی قرار داده شد و یک انتهای آن با گریس خلاء پوشانده شد تا با مبدل انتشار آکوستیک متصل شود و با یک گیره ثابت شود. نرخ گرمایش و سرمایش کوره الکتریکی در 5 درجه سانتیگراد در دقیقه کنترل می شود. ابزار انتشار آکوستیک چهار کاناله AE-400B برای تشخیص سیگنال انتشار ترک در نمونه تحت تنش حرارتی استفاده شد. بهره پیش تقویت کننده 40 دسی بل، دامنه دینامیکی تقویت کننده اصلی 60 دسی بل، و پهنای باند 40 ～ 4. 0 0 هرتز بود، فرآیند تست در شکل 2 نشان داده شده است.

تست کوئنچ به شرح زیر انجام می شود: نمونه Φ20mm x 130mm را در کوره قرار دهید، دما را به دمای از پیش تعیین شده افزایش دهید و آن را در o.hs نگه دارید و سپس آن را در ظرف حمام روغن 20 ℃ مجهز به مبدل انتشار آکوستیک قرار دهید. سیگنال انتشار صوتی رشد ترک در طول خنک شدن نمونه اختلاف ارتفاع زمانی که مبدل های پیزوالکتریک دیسک پیزو به داخل حمام روغن 30 سانتی متری ریخته می شوند. تست مقاومت از روش خمش سه نقطه ای با دهانه 120 میلی متر و نرخ بارگذاری 05 میلی متر در دقیقه استفاده می کند.