Дослідження акустичної емісії поширення тріщин у п’єзокерамічних матеріалах під дією термічної напруги (1)

П'єзокераміка PZT має переваги в тому, що інші матеріали, такі як метал, не мають відмінної високотемпературної стійкості, зносостійкості та стійкості до корозії, але недолік поганої стійкості до термічного удару п'єзокерамічних матеріалів значно обмежує його функцію. П’єзокерамічні матеріали пошкоджуються внаслідок розтріскування та руйнування, спричинених термічним ударом, який спричинений ростом і розширенням мікротріщин через термічний стрес. Проте технічно складно досліджувати розвиток тріщин п’єзокерамічних матеріалів під дією термічного навантаження. На даний момент про це мало повідомлень, особливо динаміка розвитку тріщин у п’єзокерамічних матеріалах під прямим моніторингом термічної напруги не була помічена в охопленні процесу.

Технологія виявлення акустичної емісії надає новий метод для вивчення вищевказаних тем. Акустична емісія відноситься до явища, коли пружні хвилі генеруються внаслідок вивільнення енергії деформації, коли пластична деформація або утворення та розширення тріщини відбуваються під впливом зовнішньої сили або внутрішньої напруги. Коливальний сигнал події акустичної емісії є затухаючою синусоїдою, Vo – початкова вихідна напруга перетворювача; β – константа ослаблення; t – ширина події акустичної емісії. Кількість імпульсів η, згенерованих подією акустичної емісії, випущеною всередині матеріалу, є кількістю піків у діапазоні, що перевищує Vt, але нижчий за Vo перетворювача. Для реальних умов випробування ω, β і Vt є постійними, тому η, створене подією акустичного випромінювання всередині матеріалу, відображає величину △ E, що виділяється під час процесу релаксації напруги в матеріалі.

Для крихких п’єзокерамічних матеріалів інтенсивність акустичної емісії при поширенні тріщини має високу амплітуду і її легко відрізнити від шуму, тому дуже ефективно досліджувати процес руйнування п’єзокерамічних матеріалів за допомогою акустичної емісії. Використана технологія акустичної емісії під час випробування SENB на вигин термічного пошкодження п’єзокерамічними матеріалами. Ця робота безпосередньо застосовує технологію акустичної емісії в термічному циклі для точного визначення динамічного процесу росту тріщини та поширення П'єзоелектрична стрічка з матеріалу PZT під дією термічного навантаження.

В експерименті використовується алюмомулітовий п’єзокерамічний матеріал, багатий A1₂O₃ (≈77% за масою). Зразок являє собою довгий стрижневий циліндр Φ20 мм x 230 мм, обидва кінці якого відшліфовані та відполіровані. Середню частину зразка поміщали в нагрівальну електропіч, а один кінець покривали вакуумним мастилом для з’єднання з перетворювачем акустичної емісії та фіксували затискачем. Швидкість нагрівання і охолодження електропечі регулюється на рівні 5 ° С / хв. Для реєстрації сигналу поширення тріщини на зразку під дією термічного напруження використовували чотириканальний акустико-емісійний прилад АЕ-400В. Коефіцієнт посилення попереднього підсилювача становив 40 дБ, динамічний діапазон основного підсилювача становив 60 дБ, а смуга пропускання становила 40 ～ 4,0 0 Гц, процес тестування показано на малюнку 2.

Випробування на загартування виконується наступним чином: помістіть зразок Φ20 мм x 130 мм у піч, підвищивши температуру до заданої температури та підтримуючи її на рівні o.hs, а потім помістіть його в контейнер з масляною банею 20 ℃, обладнаний перетворювачем акустичної емісії. Сигнал акустичної емісії про зростання тріщини під час охолодження зразка. Перепад висот при п’єзодискові п’єзоелектричні перетворювачі опускають у масляну ванну на 30 см. Для перевірки на міцність використовується метод триточкового згинання з прольотом 120 мм і швидкістю навантаження 05 мм/хв.