Tutkimus halkeamien leviämisen akustisesta emissiosta pietsokeraamisissa materiaaleissa lämpörasituksen alaisena (1)

PZT-pietsokeramiikkalla on etuja, että muilla materiaaleilla, kuten metallilla, ei ole erinomaista korkean lämpötilan kestävyyttä, kulutuskestävyyttä ja korroosionkestävyyttä, mutta haittana pietsokeramiikan materiaalien huonosta lämpöiskunkestävyydestä on sen toiminta rajoittanut suuresti. Pietsokeraamiset materiaalit vaurioituvat lämpöshokin aiheuttaman halkeilun ja murtumisen vuoksi, joka johtuu lämpörasituksen aiheuttamasta mikrohalkeamien kasvusta ja laajenemisesta. Pietsokeraamisten materiaalien halkeamien kasvua lämpörasituksen alaisena on kuitenkin teknisesti vaikea tutkia. Tällä hetkellä tästä on vähän raportteja, etenkään pietsokeraamisten materiaalien halkeamien kasvun dynamiikkaa suoran lämpöjännityksen seurannan alaisena ei ole nähty prosessin kattavuudessa.

Akustisen emission ilmaisuteknologia tarjoaa uuden menetelmän edellä mainittujen aiheiden tutkimiseen. Akustisella emissiolla tarkoitetaan ilmiötä, että elastisia aaltoja syntyy jännitysenergian vapautumisen seurauksena, kun plastinen muodonmuutos tai halkeamien muodostuminen ja laajeneminen tapahtuu ulkoisen voiman tai sisäisen jännityksen vaikutuksesta. Akustisen emission tapahtuman värähtelevä signaali on vaimennettu siniaalto, Vo on anturin lähtöjännite; β on vaimennusvakio; t on akustisen emission tapahtuman leveys. Materiaalin sisällä syntyneen akustisen emissiotapahtuman synnyttämien pulssien lukumäärä η on piikkien lukumäärä alueella, joka on suurempi kuin Vt, mutta pienempi kuin anturin Vo. Todellisissa koeolosuhteissa ω, β ja Vt ovat vakioita, joten materiaalin sisällä tapahtuvan akustisen emissiotapahtuman synnyttämä η heijastaa materiaalin jännitysrelaksaatioprosessin aikana vapautuneen △ E:n suuruutta.

Hauraiden pietsokeraamisten materiaalien akustisen emission intensiteetillä halkeaman etenemisen aikana on suuri amplitudi ja se on helppo erottaa melusta, joten on erittäin tehokasta tutkia pietsokeramisten materiaalien murtumisprosessia akustisella emissiolla. Termisesti SENB-taivutuskokeessa käytetty akustinen emissiotekniikka vaurioituu pietsokeraamisista materiaaleista. Tämä työ soveltaa suoraan akustista emissiotekniikkaa lämpösyklissä määrittääkseen tarkasti halkeamien kasvun ja leviämisen dynaamisen prosessin. PZT-materiaalista pietsosähköinen nauha lämpörasituksen alaisena.

Kokeessa käytetään alumiinioksidi-mulliittipietsokeraamista materiaalia, jossa on runsaasti A1203:a (~ 77 massa-%). Näyte on pitkä sauvamainen sylinteri, Φ20 mm x 230 mm, ja molemmat päät on hiottu ja kiillotettu. Näytteen keskiosa asetettiin lämmitettävään sähköuuniin, ja toinen pää päällystettiin tyhjiörasvalla akustisen emissioanturin liittämiseksi ja kiinnitettiin puristimella. Sähköuunin lämmitys- ja jäähdytysnopeus säädetään 5 °C/min. AE-400B nelikanavaista akustista emissiolaitetta käytettiin havaitsemaan näytteen halkeaman etenemissignaali lämpörasituksen alaisena. Esivahvistimen vahvistus oli 40 dB, päävahvistimen dynaaminen alue 60 dB ja kaistanleveys 40 ～ 4. 0 0 Hz, testiprosessi on esitetty kuvassa 2.

Sammutustesti suoritetaan seuraavasti: Laita Φ20mm x 130mm näyte uuniin nostaen lämpötila ennalta määrättyyn lämpötilaan ja pidä se o.hs:ssa ja laita se sitten 20 ℃ öljyhaudesäiliöön, joka on varustettu akustisella emissioanturilla. Akustinen emissiosignaali halkeamien kasvusta näytteen jäähdytyksen aikana. Korkeusero, kun pietsosähköiset pietsosähköiset muuntimet pudotetaan öljyhauteeseen 30 cm. Lujuuskokeessa käytetään kolmipistetaivutusmenetelmää jännevälillä 120 mm ja kuormitusnopeudella 05 mm/min.