Застосування п'єзокераміки Використовується для ультразвукового неруйнівного контролю

Історія розвитку та характеристики ультразвуку

Акустика, як розділ фізики, це наука, яка вивчає виникнення, поширення, прийом і вплив звукових хвиль. До 1940 року існували лише монокристалічні п’єзоелектричні матеріали, через що ультразвукова хвиля не мала широкого застосування. У 1970-х роках була розроблена прозора п'єзоелектрична кераміка PLZT. Розвиток п'єзоелектричних матеріалів значно сприяв розвитку ультразвукового поля.

Загальна частота звукових хвиль становить від 10-4 Гц до 1014 Гц. Як правило, звукові хвилі з частотою від 2 × 104 Гц до 2 × 109 Гц називають ультразвуковими хвилями. Ультразвук, як частина звукових хвиль, яка дотримується основного закону поширення звукових хвиль, але П’єзокерамічний дисковий кристал також має деякі видатні особливості: ① Спрямованість ультразвукових хвиль хороша: ультразвукові хвилі мають таку саму спрямованість, що й світлові хвилі, і можуть передаватися спрямовано за допомогою спеціальної конструкції. Ефективне виявлення в об'єкті виявлення, чим вище частота ультразвуку, тим краще спрямованість; ② це сильна ультразвукова проникаюча здатність для більшості носіїв, вона має сильну проникаючу здатність; ③ висока ультразвукова енергія: робоча частота ультразвукового виявлення набагато вища за частоту звукових хвиль і має високу енергію; ④ Ультразвукові хвилі мають короткі довжини хвиль і невеликі явища дифракції: через їх високу частоту та коротку довжину хвилі їх відбиття, спричинені дефектами об’єкта, легко знайти, тому їх часто використовують для дефектоскопії. Саме ці характеристики роблять ультразвук широко використовуваним у неруйнівному контролі.

Основні принципи ультразвукового контролю

Ультразвукові хвилі поширюються в різних середовищах. Коли ультразвукові хвилі стикаються з поверхнею розділу, вони зазнають відображення, заломлення та перетворення хвильового режиму. Відображення виникають на неоднорідних поверхнях розділу з різними акустичними опорами. Коли ультразвукові хвилі падають перпендикулярно від середовища 1 до середовища 2, відбивна здатність на межі розділу R. Чим більша різниця в акустичному опорі між двома середовищами, тим сильніше відображення ультразвукових хвиль на межі розділу. Чим більше різниця акустичних опорів між включеннями в Pzt матеріал п'єзоелектрична кераміка та підкладка, тим більша можливість виявлення.

Вміст виявлення

П’єзокераміку, виявлену ультразвуковим методом, можна розділити на виявлення пористості та виявлення поверхневих дефектів. Виявлення пористості п’єзокераміки Міцність, модуль пружності та щільність п’єзокераміки безпосередньо пов’язані з пористістю. Пористість деяких п'єзокомпонентів визначає, чи можна їх використовувати. Існує також певний зв’язок між швидкістю передачі ультразвукових хвиль і пористістю (або щільністю) п’єзокераміки, яку можна отримати шляхом фактичного вимірювання, а потім пористість п’єзокераміки можна отримати за допомогою рівнянь.

Продихи зводяться до випадково орієнтованих еліпсоїдів, які рівномірно розподілені в ізотропній матриці. Композитна мікромеханічна модель використовується для розрахунку швидкості звуку та порівняння її зі значеннями вимірювання. Розраховується пористість. Коли відома теоретична щільність п’єзокерамічних матеріалів, пористість можна розрахувати за об’ємною щільністю. Існує багато методів вимірювання щільності тіла. Зазвичай використовується метод Архімеда. Внутрішні дефекти п'єзокераміки також можна виявити методом водоімерсійної дефектоскопії. Коли дефекти виявлені методом вертикальної дефектоскопії поздовжньою хвилею занурення у воду, шлях променя можна зчитувати безпосередньо. Для виявлення невеликих дефектів замість нього можна використовувати датчик з більш низькою частотою.

 Виявлення дефектів поверхні

Для п’єзокераміки поверхневі дефекти однакової форми та розміру з більшою ймовірністю спричинять пошкодження, ніж внутрішні дефекти, тому виявлення поверхневих дефектів є особливо важливим. Поверхневі дефекти п'єзокераміки зазвичай виявляються методом поверхневої хвилі занурення у воду. Ультразвукова хвиля (поздовжня хвиля) падає похило на поверхню предмета, який занурюється у воду. Коли кут падіння θc більший за другий критичний кут θC, усі заломлені звукові хвилі поширюються вздовж поверхні заготовки, утворюючи рівняння поверхневої хвилі: Cl 1-поздовжня швидкість звуку у воді; Cr2——поверхнева швидкість звуку при зануренні води в деталь.

Довжина хвилі поверхневої хвилі менша за довжину хвилі зсуву, а загасання також більше, ніж хвиля зсуву. При цьому він поширюється лише по поверхні. Коли він стикається з гострими кутами або краями, будуть сильні відбиття. Чим більше кривизна, тим сильніше відображення. Коли затоплена поверхнева хвиля поширюється на поверхні випробувального блоку, енергія може витікати у воду, тому лише через кілька міліметрів висота відбитої хвилі затопленої поверхневої хвилі значно зменшується. Зважаючи на малу амплітуду, характерну для дальності передачі відбитої хвилі, то П'єзокерамічний кільцевий перетворювач повинен бути якомога ближче до дефекту. На додаток до вищезазначених методів для виявлення дефектів поверхні сучасних п’єзокераміки можна використовувати метод перетворювача гребінчастого електрода, метод ультразвукового мікроскопа та метод лазерного скануючого ультразвукового мікроскопа. Поки що в сучасному Китаї не так багато досліджень з ультразвукової дефектоскопії кераміки, накопичених даних мало, і немає стандартних тестових блоків із сильною об’єктивністю. Напрямки досліджень, які потребують посилення в майбутньому, це розробка та застосування нових методів дефектоскопії та розробка високоефективних зондів. Звичайно, зі швидким розвитком інформаційних технологій, які втілюються в комп’ютерних технологіях, сучасна технологія ультразвукового неруйнівного контролю також розвивається в напрямку цифрової обробки сигналів та контрольних зображень.