Badanie emisji akustycznej podczas propagacji pęknięć w materiałach piezoceramicznych poddawanych naprężeniom termicznym (1)

Piezoceramika PZT ma tę zaletę, że inne materiały, takie jak metal, nie mają doskonałej odporności na wysokie temperatury, odporności na zużycie i odporności na korozję, ale wada, jaką jest słaba odporność na szok termiczny materiałów piezoceramicznych, jest znacznie ograniczona przez jej funkcję. Materiały piezoceramiczne ulegają uszkodzeniu w wyniku pękania i pękania spowodowanego szokiem termicznym, który jest spowodowany wzrostem i rozszerzaniem się mikropęknięć w wyniku naprężenia termicznego. Jednakże technicznie trudne jest badanie wzrostu pęknięć materiałów piezoceramicznych pod wpływem naprężenia termicznego. Obecnie istnieje niewiele doniesień na ten temat, zwłaszcza że dynamika wzrostu pęknięć w materiałach piezoceramicznych pod bezpośrednim monitorowaniem naprężeń termicznych nie została uwzględniona w zasięgu procesu.

Technologia detekcji emisji akustycznej zapewnia nową metodę badania powyższych zagadnień. Emisja akustyczna odnosi się do zjawiska, w którym powstają fale sprężyste w wyniku uwolnienia energii odkształcenia podczas odkształcenia plastycznego lub powstawania pęknięć i rozszerzania pod wpływem siły zewnętrznej lub naprężeń wewnętrznych. Oscylujący sygnał zdarzenia emisji akustycznej jest tłumioną falą sinusoidalną, Vo jest początkowym napięciem wyjściowym przetwornika; β jest stałą tłumienia; t to szerokość zdarzenia emisji akustycznej. Liczba impulsów η generowanych przez emisję akustyczną emitowaną wewnątrz materiału to liczba pików w zakresie przekraczającym Vt, ale niższym niż Vo przetwornika. W rzeczywistych warunkach testowych ω, β i Vt są stałe, więc η generowane przez emisję akustyczną wewnątrz materiału odzwierciedla wielkość △ E uwalnianego podczas procesu relaksacji naprężeń w materiale.

W przypadku kruchych materiałów piezoceramicznych intensywność emisji akustycznej podczas propagacji pęknięć ma dużą amplitudę i można ją łatwo odróżnić od hałasu, dlatego bardzo skuteczne jest badanie procesu pękania materiałów piezoceramicznych za pomocą emisji akustycznej. Zastosowana technologia emisji akustycznej w teście zginania SENB ulega uszkodzeniu termicznemu przez materiały piezoceramiczne. W pracy tej bezpośrednio zastosowano technologię emisji akustycznej w cyklu termicznym, aby dokładnie określić dynamiczny proces wzrostu i propagacji pęknięć Pasek piezoelektryczny z materiału PZT pod wpływem naprężeń termicznych.

W eksperymencie wykorzystano materiał piezoceramiczny z tlenku glinu i mulitu bogaty w A1₂O₃ (≈77% masowych). Próbkę stanowi długi cylinder w kształcie pręta o wymiarach Φ20 mm x 230 mm, którego oba końce są szlifowane i polerowane. Środkową część próbki umieszczono w elektrycznym piecu grzewczym, a jeden koniec pokryto smarem próżniowym w celu połączenia z przetwornikiem emisji akustycznej i umocowano za pomocą zacisku. Szybkość ogrzewania i chłodzenia pieca elektrycznego jest kontrolowana przy 5 ° C / min. Do wykrycia sygnału propagacji pęknięć próbki poddanej naprężeniu termicznemu wykorzystano czterokanałowy przyrząd do emisji akustycznej AE-400B. Wzmocnienie przedwzmacniacza wyniosło 40 dB, zakres dynamiki głównego wzmacniacza wynosił 60 dB, a szerokość pasma 40 ～ 4,0 0 Hz, proces testowania pokazano na rysunku 2.

Test hartowania przeprowadza się w następujący sposób: Próbkę o wymiarach Φ20mm x 130mm umieszcza się w piecu, podnosząc temperaturę do określonej temperatury i utrzymując ją na poziomie OH, a następnie umieszcza się ją w pojemniku z kąpielą olejową o temperaturze 20 ℃ wyposażonym w przetwornik emisji akustycznej. Sygnał emisji akustycznej wzrostu pęknięć podczas chłodzenia próbki. Różnica wysokości, gdy Przetworniki piezoelektryczne z dyskiem piezoelektrycznym wrzuca się do kąpieli olejowej na głębokość 30 cm. Do badania wytrzymałości wykorzystuje się metodę trójpunktowego zginania z rozpiętością 120 mm i szybkością obciążenia 05,mm/min.