田欣利 王健全 但 偉 楊俊飛 郭 昉 張保國(guó)

裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京,100072

0 引言

工程陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、抗腐蝕性和耐高溫等物理和機(jī)械性能,已廣泛應(yīng)用于航空航天裝備等尖端領(lǐng)域[1]。工程陶瓷制品加工工序復(fù)雜,每道工序都可能形成影響性能的缺陷,而陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性和對(duì)外因損傷的敏感性,使其缺陷臨界尺寸比金屬或復(fù)合材料小1～2個(gè)數(shù)量級(jí),材料中存在幾微米的裂紋或氣孔即可能導(dǎo)致制品破壞[2-3]。因此,有必要采用高靈敏度的測(cè)試手段對(duì)陶瓷材料微缺陷進(jìn)行全面檢測(cè)。

無(wú)損檢測(cè)(NDT)在不改變被檢對(duì)象使用性能的前提下評(píng)價(jià)材料完整性和連續(xù)性,檢出固有缺陷及其形狀、位置和大小等信息,適于檢測(cè)加工效率低而成本高的工程陶瓷材料的缺陷情況。本文結(jié)合工程陶瓷材料特性和無(wú)損檢測(cè)方法的應(yīng)用現(xiàn)狀,對(duì)陶瓷材料幾種微缺陷檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)展情況進(jìn)行評(píng)述。

1 工程陶瓷材料缺陷檢測(cè)要求

先進(jìn)工程陶瓷材料往往受到粉末封包質(zhì)量、初始粉末中的雜質(zhì)、混料均勻性和燒結(jié)過(guò)程中均勻致密化的影響,制備過(guò)程中容易形成氣孔、夾雜增強(qiáng)相凝聚、異常大晶粒等內(nèi)部缺陷[3]。位于材料表面和近表面的本征缺陷,因加工方法不當(dāng)可在材料中形成凹坑、氣孔、刮擦、裂紋等缺陷,對(duì)彈性模量、強(qiáng)度、斷裂韌性和疲勞接觸壽命等產(chǎn)生劣化,嚴(yán)重的缺陷甚至造成應(yīng)力集中,成為斷裂或破壞源[1,3]。工程陶瓷材料彈性模量和脆性大,對(duì)微小缺陷十分敏感,為防止材料快速破壞需檢出60～600μm的缺陷;對(duì)于裂紋緩慢生長(zhǎng)的工件,要檢出20～200μm的缺陷;為提高韌性而控制材料組織,必須檢出10～50μm的缺陷;對(duì)精密部件則需檢出1～30μm的缺陷[4-6]。圖1中Si3N4的裂紋、夾雜等缺陷增大直接導(dǎo)致斷裂強(qiáng)度降低,為保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度需檢出1～100μm的表面裂紋。由此可見(jiàn),工程陶瓷材料要求無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)缺陷尺寸、形狀及分布有極高的分辨能力,相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果也要具備足夠可靠性。

圖1 Si3N 4斷裂強(qiáng)度與缺陷大小關(guān)系

2 陶瓷材料常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法

2.1 液體滲透與圖像處理復(fù)合檢測(cè)技術(shù)

液體滲透檢測(cè)(penetrant testing)利用液體毛細(xì)管作用原理,能夠?qū)Χ喾N材料及其制件表面開(kāi)口缺陷進(jìn)行非破壞性檢查。對(duì)均勻而致密的工程陶瓷材料,熒光或著色滲透方法能檢出開(kāi)度小至1μm的氣孔、裂紋等表面缺陷,但對(duì)材料表面粗糙度和整潔度要求高,未經(jīng)預(yù)清洗或沾有污物的表面和空隙會(huì)產(chǎn)生附加背景,影響識(shí)別檢測(cè)結(jié)果[7]。滲透檢測(cè)要求檢驗(yàn)人員具有豐富的技巧和經(jīng)驗(yàn),盡管如此仍難避免缺陷被誤檢或漏檢。圖2為氮化硅陶瓷球滲透檢測(cè)中實(shí)時(shí)拍攝圖像[7]。

圖2 Si3N4陶瓷球表面缺陷滲透檢測(cè)圖像

圖像處理技術(shù)選取一定算法對(duì)離散化數(shù)字圖像進(jìn)行預(yù)處理和特征識(shí)別,得到人眼視覺(jué)或接收系統(tǒng)所需的2D和3D圖像。材料表面缺陷檢測(cè)原理如圖3所示。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外開(kāi)始運(yùn)用圖像工程理論對(duì)滲透檢測(cè)后表面圖像進(jìn)行處理與損傷自動(dòng)檢測(cè),即通過(guò)圖像采集系統(tǒng)獲取表面滲透后的缺陷影像,進(jìn)行圖像分割、缺陷特征識(shí)別及其他處理。該技術(shù)能發(fā)揮滲透檢測(cè)對(duì)表面開(kāi)口缺陷的高靈敏性,避免檢測(cè)人員主觀識(shí)別造成的誤檢和漏檢。美、英等國(guó)已在航空航天、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域建立“滲透+圖像處理”的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。上海材料研究所研制的CCD圖像攝取、計(jì)算機(jī)圖像處理機(jī)電一體化滲透檢測(cè)自動(dòng)分選系統(tǒng),對(duì)氮化硅陶瓷球表面缺陷的檢測(cè)靈敏度不大于1μm,能穩(wěn)定地檢測(cè)各類(lèi)常見(jiàn)缺陷[7]。天津大學(xué)應(yīng)用VB語(yǔ)言和MATLAB編寫(xiě)圖像處理與識(shí)別模塊,自動(dòng)檢測(cè)磨削后陶瓷表面/亞表面缺陷[2]。液體滲透對(duì)表面微裂紋和凹坑缺陷均有較好檢測(cè)效果,但對(duì)需要進(jìn)行表面展開(kāi)檢測(cè)的對(duì)象如陶瓷球,殘留滲透劑和顯影劑可能影響預(yù)定展開(kāi)軌跡,從而降低圖像檢測(cè)效率和精度。

圖3 圖像處理技術(shù)流程圖

2.2 超聲檢測(cè)技術(shù)

超聲檢測(cè)(ultrasonic testing)利用超聲波在彈性介質(zhì)中傳播,在界面產(chǎn)生反射、折射等特性來(lái)探測(cè)材料內(nèi)部或表面/亞表面缺陷。超聲波在材料本體與缺陷界面處反射率R=(Z 2-Z1)/(Z2+Z1),聲阻抗 Z1、Z2差值大則缺陷檢出率高。按照散射理論,超聲波有可能檢出尺寸為波長(zhǎng)1.8%的缺陷。Marianeschi等[8]認(rèn)為超聲波能夠檢出尺寸小于波長(zhǎng)的缺陷。Reynolds等[9]證明25MHz聚焦探頭發(fā)射λ=400μm的超聲波,能發(fā)現(xiàn)碳化硅中100μm的孔穴;使用25MHz和50MHz聲波探測(cè)表面開(kāi)口裂紋時(shí),發(fā)現(xiàn)表面光潔度對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響很大。超聲檢測(cè)分辨率與波長(zhǎng)相關(guān),使用表面波檢測(cè)陶瓷表面/亞表面缺陷能獲得較好分辨率。Kunerth等[10]用直探頭和聚焦探頭以100MHz常規(guī)縱波檢測(cè)出碳化硅陶瓷中微米級(jí)的氣孔。厲仁玉[11]使用12MHz表面波檢出表面下1～2mm處約40μm的缺陷。上海材料研究所用12MHz橫波聯(lián)合雙晶斜探頭檢出距氮化硅試塊表面14mm處φ50μm的夾雜[12]。

另外,激光超聲、機(jī)械掃描超聲顯微鏡(SAM)、掃描激光聲顯微鏡(SLAM)、熱聲顯微鏡(TAM)、超聲C掃描等技術(shù)也在陶瓷缺陷檢測(cè)中得到應(yīng)用。Stelwagen等[13]用低頻SAM 檢出氧化鋁陶瓷表面下0.5mm處φ130μm的體積缺陷和10～15μm寬的裂紋。SLAM對(duì)材料亞表面和內(nèi)部缺陷有很高的檢出率,用于航空航天領(lǐng)域重要陶瓷部件檢測(cè),可檢出φ10μm以上的氣孔缺陷[2]。TAM分為激光超聲顯微鏡和電子束顯微鏡,檢測(cè)分辨率可達(dá)10μm量級(jí)。超聲C掃描能方便地檢出工程陶瓷內(nèi)部缺陷的位置、大小和分布狀態(tài)[14]。燕戰(zhàn)秋等[6]用10MHz探頭對(duì)氮化硅陶瓷進(jìn)行超聲C掃描,檢出亞表層φ30μm的氣孔。以30MHz聚焦型超聲波對(duì)氧化鋯進(jìn)行超聲C掃描,可清晰檢出所有φ20μm以上的氣孔[15]。表1列出了各種超聲技術(shù)在陶瓷材料無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用情況。不同超聲波技術(shù)根據(jù)其特性可以較為全面地檢測(cè)材料中存在的裂紋、氣孔、凹坑、夾雜或異常大晶粒等微觀缺陷,但形狀復(fù)雜的大工件會(huì)給聲波耦合造成不利影響,并且需要檢測(cè)人員具有相應(yīng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和操作經(jīng)驗(yàn)。目前,國(guó)外開(kāi)始將人工智能、激光技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及斷裂力學(xué)知識(shí)與超聲檢測(cè)相結(jié)合,對(duì)陶瓷制品的強(qiáng)度和剩余壽命進(jìn)行評(píng)估。

表1 超聲波技術(shù)在工程陶瓷材料無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

2.3 微焦點(diǎn)射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)

射線(xiàn)檢測(cè)基于被檢材料對(duì)透入射線(xiàn)的不同吸收量來(lái)獲知內(nèi)部細(xì)節(jié),對(duì)裂紋、氣孔、疏松和夾雜等缺陷有較好的識(shí)別能力,其中以X射線(xiàn)照相檢測(cè)最為常用。射線(xiàn)焦點(diǎn)尺寸影響成像的清晰度和空間分辨率,常規(guī)工業(yè)X射線(xiàn)設(shè)備焦點(diǎn)為φ1～φ4mm,利用φ1～ φ50μm 焦點(diǎn)射線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)稱(chēng)為微焦點(diǎn)射線(xiàn)檢測(cè),其缺陷檢測(cè)和識(shí)別能力更高[16]。微焦點(diǎn)X射線(xiàn)法能檢出陶瓷材料內(nèi)部小至10μm的裂紋,但裂紋延展方向應(yīng)與射線(xiàn)束方向一致。

顯微X射線(xiàn)可檢缺陷尺寸取決于樣品厚度上出現(xiàn)的對(duì)比度和由檢測(cè)器的不清晰度及系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)決定的系統(tǒng)空間分辨率特征[17]。日本島津公司開(kāi)發(fā)出用硼化鑭(LaB6)作電子槍的微焦點(diǎn)X射線(xiàn)熒光系統(tǒng),能夠?qū)Π雽?dǎo)體進(jìn)行檢測(cè)和失效分析,預(yù)計(jì)解析度達(dá)0.4μm[18]。國(guó)內(nèi)對(duì)微焦點(diǎn)X射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的研究尚處于起步階段,主要是研究用于陶瓷材料微孔和裂紋檢測(cè)的微焦點(diǎn)X射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)。微焦點(diǎn)X射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)不受材料形貌限制、射線(xiàn)衰減系數(shù)小、空間分辨率較高,檢測(cè)微裂紋時(shí)需保持裂紋延伸方向與X射線(xiàn)束方向一致。在對(duì)立體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)2D成像時(shí),易造成各層投影影像重疊而難以辨別的問(wèn)題[16],因此有必要按照連續(xù)2D斷層圖像重新構(gòu)建結(jié)構(gòu)3D影像,直觀地表示陶瓷材料內(nèi)部缺陷信息。

3 其他先進(jìn)無(wú)損檢測(cè)方法

3.1 激光超聲檢測(cè)技術(shù)

激光超聲(laser ultrasoni)以非接觸式激光干涉儀接收超聲波,能夠遠(yuǎn)距離遙控操作并極具抗干擾性,可精確檢測(cè)工程陶瓷材料表面缺陷位置和尺寸,對(duì)內(nèi)部裂紋及孔穴有較好的檢測(cè)效果,同時(shí)能在線(xiàn)監(jiān)控陶瓷材料的成形和磨削過(guò)程。德國(guó)Paul等[19]利用激光超聲實(shí)現(xiàn)了陶瓷在1400℃的材料特性測(cè)量。英國(guó) Hoyes等[20]使用λ=1.06μm的Nd：YAG激光器在樣品表面產(chǎn)生超聲波對(duì)人工缺陷進(jìn)行檢測(cè),得到預(yù)計(jì)的缺陷圖像。激光掃描速度比機(jī)械式掃描速度快,使用激光超聲系統(tǒng)與顯示設(shè)備結(jié)合可實(shí)現(xiàn)缺陷的超聲掃描成像(SLAM)。上海硅酸鹽研究所用SLAM檢測(cè)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷內(nèi)部微缺陷,通過(guò)對(duì)各種陶瓷缺陷的檢測(cè)實(shí)驗(yàn),證實(shí)高頻超聲檢測(cè)陶瓷小于100μm缺陷的可能性[21]。日本AIST和筑波科技公司研發(fā)了激光超聲可視化技術(shù)(LUV),利用激光產(chǎn)生超聲波,通過(guò)觀察超聲波的動(dòng)態(tài)傳播圖像進(jìn)而快速發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部缺陷,其檢測(cè)原理如圖4所示。俄羅斯科學(xué)院烏拉爾分院金屬物理研究所開(kāi)發(fā)的超聲激光干涉檢測(cè)技術(shù)(ULI)對(duì)具有彌散分布的微缺陷有很好的檢測(cè)效果,能發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部0.5～28.2μm的微孔洞。激光超聲檢測(cè)技術(shù)具有很多優(yōu)異性能,對(duì)陶瓷材料內(nèi)外部微缺陷均有較好的檢測(cè)能力,但激光脈沖與超聲波能量轉(zhuǎn)換效率低、檢測(cè)聲信號(hào)弱和可靠性差仍是影響其在陶瓷材料探傷中廣泛應(yīng)用的重要原因[22],一旦突破以上技術(shù)難點(diǎn),激光超聲技術(shù)在工程陶瓷無(wú)損檢測(cè)和在線(xiàn)質(zhì)量控制領(lǐng)域?qū)⒌玫窖杆侔l(fā)展。

圖4 激光超聲干涉可視化技術(shù)原理圖

3.2 紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)

紅外檢測(cè)(infrared testing)基于熱輻射的普朗克定律,掃描工件外表面由于缺陷引起的溫度差異,從而測(cè)定表面或內(nèi)部缺陷位置[23]。工程陶瓷材料需要經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)才能變得致密堅(jiān)硬,紅外檢測(cè)技術(shù)能在粉體燒結(jié)階段對(duì)陶瓷質(zhì)量進(jìn)行控制和分級(jí)篩選。在陶瓷無(wú)損檢測(cè)中利用紅外技術(shù)與掃描成像系統(tǒng)結(jié)合,可對(duì)氮化硅透平葉片進(jìn)行缺陷檢查,發(fā)現(xiàn)表面約 100μm 的細(xì)小裂紋[24]。美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用紅外熱成像系統(tǒng)確定陶瓷基復(fù)合材料的熱擴(kuò)散系數(shù),該系統(tǒng)同樣可用于陶瓷試件的缺陷檢測(cè)[25]。受紅外熱像儀最低溫度分辨率限制,常規(guī)紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)陶瓷微細(xì)缺陷的檢測(cè)靈敏度不高,利用紅外熱波檢測(cè)陶瓷缺陷是近期美國(guó)韋恩斯坦州立大學(xué)發(fā)明的先進(jìn)技術(shù)(圖5),使用超聲加熱的紅外熱波檢測(cè)材料表面閉合微裂紋的分辨率和可靠性極高,卡明斯公司運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)活塞陶瓷絕熱層探傷;Lockheed Martin公司成功利用紅外熱波對(duì)渦輪發(fā)電機(jī)葉片陶瓷絕熱層損傷情況進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)[26-27]。紅外熱波檢測(cè)技術(shù)具有快速檢測(cè)陶瓷材料面積型缺陷的潛力,檢出微缺陷成功率高,應(yīng)用前景十分廣闊,但今后還需解決工件表面、背景輻射及缺陷大小和深度對(duì)檢測(cè)靈敏度影響的問(wèn)題,相應(yīng)的溫度記錄曲線(xiàn)的解釋必須借助專(zhuān)業(yè)知識(shí),因此操作人員仍需具有豐富經(jīng)驗(yàn)和技能。

圖5 利用紅外熱波檢測(cè)陶瓷試件

3.3 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)

聲發(fā)射檢測(cè)(acoustic emission testing)通過(guò)接收陶瓷受應(yīng)力時(shí)工件內(nèi)部裂紋形成和生長(zhǎng)發(fā)出的聲信號(hào)判斷聲發(fā)射源的位置信息和實(shí)時(shí)活動(dòng)情況,主要用于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)陶瓷材料內(nèi)部缺陷動(dòng)態(tài)擴(kuò)展過(guò)程,進(jìn)行陶瓷壽命預(yù)測(cè)和質(zhì)量評(píng)估[28],如圖6所示。Buhling等[29]按照Evans模型對(duì)恒定應(yīng)力下陶瓷材料微裂紋的聲發(fā)射脈沖信號(hào)進(jìn)行分析,該檢測(cè)方法對(duì)無(wú)壓燒結(jié)碳化硅的本征缺陷和加工損傷具有適用性。Roman等[30]對(duì)先進(jìn)高溫陶瓷基復(fù)合材料SiC/BMAS在拉伸試驗(yàn)中的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控,描述加載過(guò)程中材料的微觀形變和斷裂機(jī)制,并使用聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)基體裂紋的起點(diǎn)和大小。Luo等[31]研究了縱向拉伸載荷下陶瓷基復(fù)合材料的失效機(jī)理,發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射信號(hào)與材料的宏觀應(yīng)力應(yīng)變行為和損傷機(jī)理的微觀觀察相關(guān)。萬(wàn)雄等[32]結(jié)合LabVIEW虛擬檢測(cè)平臺(tái)和MATLAB對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采集和處理,獲取信號(hào)在時(shí)頻域的各種特性,從而對(duì)材料損傷進(jìn)行定位。與金屬材料不同,陶瓷材料運(yùn)用聲發(fā)射檢測(cè)需要考慮聲信號(hào)的衰減,尤其是不同方向的聲發(fā)射信號(hào)衰減和聲速變化規(guī)律[28]。材料缺陷大小會(huì)影響聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)弱,環(huán)境和檢測(cè)設(shè)備的噪聲也會(huì)對(duì)傳感器產(chǎn)生干擾,解決好這些問(wèn)題便能為聲發(fā)射檢測(cè)帶來(lái)更好的發(fā)展。

圖6 聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成圖

3.4 工業(yè)CT技術(shù)(ICT)

工業(yè)CT利用高能射線(xiàn)掃描工件得到斷層投影數(shù)據(jù),經(jīng)圖像重建算法重建出斷層圖像,被譽(yù)為最佳的無(wú)損檢測(cè)手段[33]。與其他常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比,工業(yè)CT技術(shù)的空間和密度分辨率小于0.5%,成像尺寸精度高,不受工件材料種類(lèi)和幾何形狀限制,可生成材料缺陷的三維圖像,在工程陶瓷結(jié)構(gòu)尺寸、材料均勻性、微孔率精確測(cè)量和整體微裂紋、夾雜物、氣孔和異常大晶粒等缺陷檢測(cè)中極具研究和應(yīng)用潛力[33]。目前國(guó)外已研制出分辨率達(dá)亞微米、納米量級(jí)的工業(yè)CT設(shè)備并投入商業(yè)應(yīng)用。筆者所在課題組使用BT-400工業(yè)CT以電流2.0mA、電壓300k V的檢測(cè)條件對(duì)自制的熱壓燒結(jié)氮化硅氣門(mén)進(jìn)行二維成像與灰質(zhì)化處理,可檢出內(nèi)部約100～300μm的條形和Z字形微缺陷,檢測(cè)結(jié)果如圖7所示。

圖7 熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷氣門(mén)CT斷層掃面圖像

由于工業(yè)CT清晰顯示致密材料內(nèi)部細(xì)節(jié)特征需重建大量斷層圖像,采集和重建圖像數(shù)據(jù)的平均時(shí)間較長(zhǎng),因此先進(jìn)高效的投影重建算法是工業(yè)CT研究的核心。近年來(lái)一些學(xué)者在常規(guī)算法改進(jìn)上做了部分工作。Xiao等[34]運(yùn)用多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)CT的小樣本投影數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建,適合采樣量小的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)分析。Iwasaki等[35]按照Bayes定理,對(duì)顯示的所有投影數(shù)據(jù)測(cè)量進(jìn)行圖像估計(jì),該算法完全區(qū)別于ART和EM算法。盡管如此,仍然缺乏針對(duì)工程陶瓷材料無(wú)損檢測(cè)的有效算法。與其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比,運(yùn)用工業(yè)CT檢測(cè)所需成本較高,對(duì)大型工件檢測(cè)效率較低甚至難以檢測(cè)。工業(yè)CT圖像處理和重建算法通常只能在實(shí)際系統(tǒng)建成后開(kāi)發(fā),不僅延長(zhǎng)了產(chǎn)品研發(fā)周期,也很難從系統(tǒng)不理想行為中分離出重建算法本身不精確造成的影響,因此計(jì)算機(jī)仿真在投影數(shù)據(jù)預(yù)處理和重建算法開(kāi)發(fā)中至關(guān)重要[33]。

到目前為止,工程陶瓷材料微細(xì)缺陷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要就是上文提到的幾種,它們?cè)诒砻?亞表面缺陷和內(nèi)部缺陷檢測(cè)中各有其特點(diǎn),表2對(duì)上述幾種陶瓷材料檢測(cè)技術(shù)作了全面比較。另外,超聲檢測(cè)和射線(xiàn)檢測(cè)與其他檢測(cè)技術(shù)或顯示儀器配合使用,又可形成多種新的檢測(cè)方法。

表2 工程陶瓷材料微缺陷檢測(cè)技術(shù)及特點(diǎn)

4 結(jié)束語(yǔ)

工程陶瓷材料有著優(yōu)異的性能,其表面/亞表面缺陷和內(nèi)部缺陷臨界尺寸很小,一般只有10～100μm[2-3],實(shí)際使用中非常細(xì)小的裂紋或氣孔都可能影陶瓷材料的使用性能,導(dǎo)致產(chǎn)品過(guò)早失效和提前退出現(xiàn)役,在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天飛機(jī)等裝備和高技術(shù)領(lǐng)域甚至?xí)斐蔀?zāi)難性后果。另外,表面宏觀缺陷的存在還會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和等級(jí),因此對(duì)現(xiàn)有的陶瓷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提出了極大挑戰(zhàn)。陶瓷材料經(jīng)過(guò)粉體燒結(jié)實(shí)現(xiàn)致密而堅(jiān)硬的物理特性,制品中細(xì)小晶粒的彌散存在也是對(duì)檢測(cè)手段的靈敏度、去偽水平及可信度的嚴(yán)峻考驗(yàn)。從理論研究講,滿(mǎn)足陶瓷工業(yè)無(wú)損檢測(cè)要求的方法有很多,然而由于技術(shù)問(wèn)題尚未完全掌握,許多檢測(cè)手段還存在不同程度的實(shí)際問(wèn)題。當(dāng)前工程陶瓷材料在各領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,對(duì)其制品的使用可靠性和質(zhì)量要求越來(lái)越高,不僅要求在缺陷和損傷檢測(cè)中整合多種單一的檢測(cè)技術(shù),揚(yáng)長(zhǎng)避短、各取所長(zhǎng),提高檢測(cè)工作的針對(duì)性和有效性,而且需要研究和開(kāi)發(fā)面向工程陶瓷材料的高效便捷、準(zhǔn)確可靠和智能化的微缺陷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。隨著現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究的不斷深入和新型檢測(cè)方法的逐漸成熟,工程陶瓷材料勢(shì)必在更多的領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。

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