熱応力下における圧電セラミック材料の亀裂伝播の音響放射に関する研究 (2)

ビュー: 0 著者: サイト編集者公開時間: 2020-03-02 起源: サイト

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温度センサーがゆっくりと変化するときの亀裂伝播の音響放射特性。

PZT材料の圧電セラミックスの温度がゆっくりと上昇し、冷却するにつれて、サンプルの内部熱応力によって引き起こされる亀裂の成長によって引き起こされるアコースティックエミッションが図3に示されています。加熱速度と冷却速度はどちらも5℃/分で同じですが、加熱プロセスと冷却プロセス中に検出されるアコースティックエミッション計数率曲線はまったく異なります。加熱すると、アコースティックエミッション計数率曲線は500℃と250～300℃の温度でピークを持ちますが、冷却時に発生するアコースティックエミッションに比べて非常に小さいため、最大のアコースティックエミッションカウント率は冷却時に検出され、500～600℃の温度範囲で最大値に達する加熱時の400倍に達し、高密度のアコースティックエミッションを有します。したがって、亀裂の成長と伝播は主に冷却プロセス中に発生します。温度上昇条件では、熱膨張により試料にも熱応力が発生しますが、微小亀裂が多数成長することはありません。

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異なる最大温度T max に加熱し、その後ゆっくり冷却した場合のマイクロクラック伝播プロセスのアコースティックエミッション特性を図4に示します。Tmax <500℃の場合、検出されたアコースティックエミッション信号は180～2700℃の温度範囲にピークを持ち、マイクロクラックの成長と拡大が主に200℃付近に集中していることを示しており、したがってこの温度範囲では豊富なアコースティックエミッション信号が引き起こされます。 Tmax = 80℃では、アコースティック・エミッション信号は明らかに高温領域に移動し、アコースティック・エミッション計数率のピーク値は500〜600℃の温度範囲に現れ、マイクロクラックの成長と拡大が主に500〜600℃に集中していることを示しています。 ℃。また、図 4 からは、Tmax が大きいほどアコースティックエミッション信号が強くなることがわかります。

低周波圧電ストリップのサンプルがゆっくりと冷却されると、磁器ビレット内のさまざまな相の熱膨張係数の違いによって引き起こされる熱応力によって、主に微小亀裂が発生します。 X線回折とHF法を使用して、サンプルの圧電セラミック結晶組成とガラス相含有量を定量分析しました。結果は、圧電セラミック結晶には約 3.5% の水晶結晶相が含まれていることを示しました (次ページの表を参照)。水晶の結晶相は、それぞれ5～70℃と1800～1270℃で変態します。したがって、この 2 つの温度付近で水晶の結晶相の熱膨張係数が大きく変化し、熱応力が発生します。図4に示すアコースティック・エミッション信号のピークは、水晶結晶変態のこれら2つの温度範囲に対応しています。これは、水晶のピエゾ結晶変態温度範囲では、水晶粒子の周囲に熱応力が発生して大量の亀裂が発生し、それが豊富なアコースティック・エミッション信号を刺激することを示しています。音響放射曲線は、熱応力下でのサンプル内の微小亀裂形成の動的プロセスを完全に反映しています。温度が異なる Tmax まで上昇すると、磁器ビレットの冷却プロセス中に発生した微小亀裂はさまざまな程度で修復されます。 Tmax が高いほど、微小亀裂の治癒の程度は大きくなります。冷却すると、再び微小亀裂が発生します。より多くのエネルギーが放出されるため、冷却中のサンプルの音響放射信号は Tmax の増加とともに増加します。

4 結論
熱応力下におけるセラミック材料のピエゾディスクトランスデューサの音響放射特性は、材料内部での亀裂の伝播および伝播のプロセスを反映しています。

(1) 熱応力下におけるコランダム・ムライトセラミックス材料のエンブレムクラックの発生と進展は主に冷却過程で発生し、冷却過程におけるアコースティックエミッションカウントレートのピーク値は加熱過程の約400倍となる。
(2) 結晶粒径が小さくなると、熱応力を受けたセラミックス材料におけるエンブレムクラックの伝播・進展は徐々に抑制され、より小さな範囲に抑えられる。
(3) 焼入れ条件下では、熱応力によって引き起こされるエンブレム亀裂の定常状態の膨張と不安定な伝播のアコースティックエミッション特性は、熱衝撃下でのサンプルの強度変化傾向と一致します。