Studio sull'emissione acustica della propagazione delle crepe nei materiali piezoceramici sottoposti a stress termico (1)

La piezoceramica PZT presenta vantaggi rispetto al fatto che altri materiali come il metallo non hanno un'eccellente resistenza alle alte temperature, resistenza all'usura e resistenza alla corrosione, ma lo svantaggio della scarsa resistenza allo shock termico dei materiali piezoceramici è notevolmente limitato dalla sua funzione. I materiali piezoceramici vengono danneggiati a causa di fessurazioni e fratture causate dallo shock termico, che è causato dalla crescita e dall'espansione di microfessure dovute allo stress termico. Tuttavia, è tecnicamente difficile studiare la crescita delle crepe nei materiali piezoceramici sottoposti a stress termico. Al momento, ci sono pochi rapporti a riguardo, in particolare la dinamica della crescita delle crepe nei materiali piezoceramici sotto il monitoraggio diretto dello stress termico non è stata osservata dalla copertura del processo.

La tecnologia di rilevamento delle emissioni acustiche fornisce un nuovo metodo per lo studio degli argomenti sopra indicati. L'emissione acustica si riferisce al fenomeno per cui le onde elastiche vengono generate a causa del rilascio di energia di deformazione quando si verificano deformazione plastica o formazione ed espansione di crepe sotto l'influenza di forza esterna o stress interno. Il segnale oscillante di un evento di emissione acustica è un'onda sinusoidale smorzata, Vo è la tensione iniziale di uscita del trasduttore; β è la costante di attenuazione; t è l'ampiezza dell'evento di emissione acustica. Il numero di impulsi η generati da un evento di emissione acustica emessa all'interno del materiale è il numero di picchi in un intervallo superiore a Vt, ma inferiore a Vo del trasduttore. Per una condizione di test effettiva, ω, β e Vt sono costanti, quindi η generato da un evento di emissione acustica emessa all'interno del materiale riflette l'entità di △ E rilasciata durante il processo di rilassamento dello stress del materiale.

Per i materiali piezoceramici fragili, l'intensità dell'emissione acustica durante la propagazione delle cricche ha un'ampiezza elevata ed è facile da distinguere dal rumore, quindi è molto efficace studiare il processo di frattura dei materiali piezoceramici mediante emissione acustica. La tecnologia di emissione acustica utilizzata nel test di flessione SENB di viene danneggiata termicamente dai materiali piezoceramici. Questo lavoro applica direttamente la tecnologia dell'emissione acustica nel ciclo termico per determinare con precisione il processo dinamico di crescita e propagazione delle cricche Striscia piezoelettrica in materiale PZT sottoposta a stress termico.

L'esperimento utilizza materiale piezoceramico di allumina-mullite ricco di A1₂O₃ (≈77% in massa). Il campione è un lungo cilindro a forma di asta di Φ20 mmx 230 mm ed entrambe le estremità sono rettificate e lucidate. La parte centrale del campione è stata posta in un forno elettrico riscaldante e un'estremità è stata rivestita con grasso sottovuoto per collegarsi al trasduttore di emissione acustica e fissata con un morsetto. La velocità di riscaldamento e raffreddamento del forno elettrico è controllata a 5°C/min. Lo strumento di emissione acustica a quattro canali AE-400B è stato utilizzato per rilevare il segnale di propagazione della cricca del campione sottoposto a stress termico. Il guadagno del preamplificatore era di 40 dB, la gamma dinamica dell'amplificatore principale era di 60 dB e la larghezza di banda era di 40 ～ 4,0 0 Hz, il processo di test è mostrato nella Figura 2.

Il test di spegnimento viene eseguito come segue: mettere il campione di Φ20mm x 130mm nel forno, alzando la temperatura a una temperatura predeterminata e mantenerlo a o.hs, quindi metterlo in un contenitore a bagno d'olio a 20 ℃ dotato di un trasduttore di emissione acustica. Segnale di emissione acustica della crescita della cricca durante il raffreddamento del campione. La differenza di altezza quando il i trasduttori piezoelettrici a disco piezoelettrico vengono immersi nel bagno d'olio di 30 cm. Il test di resistenza utilizza il metodo di flessione a tre punti con un'apertura di 120 mm e una velocità di carico di 05,0 mm/min.